凝固路径是宏观传输过程和微观形核长大的纽带。多元合金在凝固过程中多相共存,各相之间有复杂的关系,需要耦合热力学平衡计算得到凝固路径。杠杆定律(LR)和Scheil模型假设了元素扩散的两种极端情况,偏平衡模型(PE)区分了固相中不同类型元素的扩散程度,近平衡模型(PA)进一步考虑固-固转变过程。将偏平衡模型(PE)与近平衡模型(PA)或将偏平衡模型(PE)与杠杆定律(LR)结合,可预测多元合金系从液相到室温的全程凝固路径,为提升材料性能,设计新合金系提供支持。为改善Fe-C系多元合金的性能,掌握其从液相到室温碳化物的析出规律,本文建立了偏平衡模型(PE)和近平衡模型(PA)和杠杆定律(LR)相结合的模型,预测了 Fe-C系多元合金的碳化物析出规律。主要研究结果如下:1.开发的PE+PA模型、PE+LR模型能够预测Fe-C-Mn-S-Si-P-Al七元合金全程凝固路径。(1)预测结果与文献中实验测量值和预测值趋势一致,验证PE+PA模型和PE+LR模型的可靠性。(2)δ-BCCγFCC包晶转变过程历经一段温度区间,δ-BCC相和γ-FCC相成分相应变化:δ-BCC相和γ-FCC相中C含量均下降而Mn含量基本不变。(3)固相线以下γ-FCC→α-BCC固-固转变在一段温度区间内完成。PE+LR和PE+PA预测的FCC→BCC固-固转变趋势一致。2.针对汽车齿轮用钢(JIS SCr420)渗碳处理过程,采用PE+PA+LR模型预测了合金凝固路径、碳化物生成性状及添加V,Ti元素的作用效果。(1)渗碳处理,使合金的碳含量由基层到表面逐渐增大,并保持基层无碳化物析出,表面碳化物总量增加,表面的硬度增加。(2)添加V元素可生成硬度更高的M6C、(Mo,V)C、(Mo,Cr,Fe)3C碳化物,但数量很少,表层维氏硬度会稍有提升。(3)添加Ti元素后,新增了硬度更高的M6C、(Mo,Cr,Fe)3C和MC碳化物。但总的碳化物生成量较比没有元素添加时有所减少,总的维氏硬度指标基本不变。