[發(fā)明專利]基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)多組元鎳基高溫合金γ`相演化的預(yù)測(cè)方法有效
申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 202011058865.5 | 申請(qǐng)日: | 2020-09-30 |
公開(公告)號(hào): | CN112185488B | 公開(公告)日: | 2023-08-18 |
發(fā)明(設(shè)計(jì))人: | 劉鋒;王澤鑫;譚黎明;王子;劉詠 | 申請(qǐng)(專利權(quán))人: | 中南大學(xué) |
主分類號(hào): | G16C60/00 | 分類號(hào): | G16C60/00;G16C10/00 |
代理公司: | 長(zhǎng)沙智路知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43244 | 代理人: | 曲超 |
地址: | 410083 湖南省長(zhǎng)沙市岳麓區(qū)*** | 國(guó)省代碼: | 湖南;43 |
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摘要: | |||
搜索關(guān)鍵詞: | 基于 數(shù)據(jù) 驅(qū)動(dòng) 多組元鎳基 高溫 合金 演化 預(yù)測(cè) 方法 | ||
1.一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)多組元鎳基高溫合金γ′相演化的預(yù)測(cè)方法,其特征在于,包括以下步驟:
S1:通過合金擴(kuò)散多元節(jié)技術(shù)高通量制備若干組多組元鎳基高溫合金擴(kuò)散偶;
S2:通過檢測(cè)儀器檢測(cè)獲得每組所述擴(kuò)散偶的成分-距離曲線;
S3:根據(jù)所述步驟S2獲得的成分-距離曲線,建立多組元鎳基高溫合金互擴(kuò)散系數(shù)矩陣,具體操作步驟如下:
S3-1:通過步驟S2獲得的成分-距離曲線以及已評(píng)估的鎳基二元體系的自擴(kuò)散系數(shù)或雜質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)的原子移動(dòng)性參數(shù)Mk,對(duì)于未記載的鎳基二元體系的原子移動(dòng)性參數(shù)進(jìn)行近似處理,將二元交互作用參數(shù)作為可調(diào)整的參數(shù),設(shè)為常數(shù)A;
S3-2:根據(jù)多組元合金互擴(kuò)散系數(shù)與原子移動(dòng)性參數(shù)存在的下述關(guān)系,其表達(dá)式如下:
式1中:i、j、k表示不同元素,n表示溶劑Ni,R為氣體常數(shù),T為擴(kuò)散退火溫度,Mi為原子移動(dòng)性參數(shù),xi表示元素i的摩爾分?jǐn)?shù),是熱力學(xué)因子;當(dāng)i和j是同一個(gè)元素時(shí),熱力學(xué)因子等于1,否則等于0;
S3-3:根據(jù)Fick第二定律,n元系中元素互擴(kuò)散系數(shù)與所述成分-距離曲線存在下述關(guān)系,其表達(dá)式如下:
式2中:ci為元素i的成分,t為退火時(shí)間,x為距離,為多組元合金互擴(kuò)散系數(shù);
S3-4:通過所述步驟S3-1、S3-2、S3-3過程初步模擬出擴(kuò)散偶的成分-距離曲線,并與實(shí)驗(yàn)的成分-距離曲線對(duì)比,采用遺傳算法不斷迭代優(yōu)化調(diào)整參數(shù)A,直至模擬的成分-距離曲線與實(shí)驗(yàn)的成分-距離曲線在可以接受的誤差范圍內(nèi),所獲得的多個(gè)原子移動(dòng)性參數(shù)組成原子性數(shù)據(jù)庫(kù);其中,采用遺傳算法優(yōu)化調(diào)整參數(shù)A的過程通過HitDIC軟件實(shí)現(xiàn);
S4:驗(yàn)證原子移動(dòng)性數(shù)據(jù)庫(kù)的可靠性;
S5:通過所述原子移動(dòng)性數(shù)據(jù)庫(kù),結(jié)合γ′相的LSW粗化規(guī)律,預(yù)測(cè)多組元鎳基高溫合金在時(shí)效過程中γ′相的粗化速率常數(shù)k和粗化激活能Qeff,其具體表達(dá)式如下:
式3-6中,D0,eff為有效指數(shù)前因子值,ci為i元素的摩爾分?jǐn)?shù),為所述原子移動(dòng)性數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算的i元素在基體相中的示蹤擴(kuò)散指數(shù)前因子值,Qeff為粗化激活能,Q*i為所述原子移動(dòng)性數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算的i元素在基體相中的示蹤擴(kuò)散激活能,Deff為有效擴(kuò)散系數(shù),R為氣體常數(shù),T為時(shí)效溫度,k為粗化速率常數(shù),σ為γ/γ′相界面能,Nα為溶質(zhì)元素在基體相中的摩爾分?jǐn)?shù),Vm為γ′相的摩爾體積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)多組元鎳基高溫合金γ'相演化的預(yù)測(cè)方法,其特征在于,所述步驟S2中,檢測(cè)所述擴(kuò)散偶時(shí),檢測(cè)距離為3000μm或4000μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)多組元鎳基高溫合金γ'相演化的預(yù)測(cè)方法,其特征在于,所述檢測(cè)儀器為微束X射線熒光設(shè)備。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)多組元鎳基高溫合金γ'相演化的預(yù)測(cè)方法,其特征在于,所述檢測(cè)儀器對(duì)所述擴(kuò)散偶的檢測(cè)參數(shù)為:束斑為15μm,信息深度為10μm,能量分辨率為130eV,檢測(cè)速率為5s/point。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)多組元鎳基高溫合金γ'相演化的預(yù)測(cè)方法,其特征在于,所述高通量制備若干組多組元高溫合金擴(kuò)散偶的方法包括以下步驟:
步驟一:根據(jù)待研究的合金成分空間,進(jìn)行合金和組合設(shè)計(jì);
步驟二:熔煉若干個(gè)多組元合金并根據(jù)組合設(shè)計(jì)將所述合金排列布置形成一個(gè)合金塊整體;
步驟三:將所述合金塊整體進(jìn)行加工、打磨;
步驟四:制作純鎳包套和包套蓋,將經(jīng)步驟三處理后的合金塊整體裝配到所述包套中,然后將包套與包套蓋焊接成一體,確保包套內(nèi)部為真空狀態(tài),形成合金擴(kuò)散偶試樣;
步驟五:對(duì)所述合金擴(kuò)散偶試樣采用熱等靜壓,使合金塊整體中各合金塊之間、各合金塊與包套之間形成良好的界面結(jié)合;其中,所述熱等靜壓參數(shù)為:溫度1180℃,壓力150MPa,時(shí)間8h;
步驟六:經(jīng)步驟五處理后的合金擴(kuò)散偶試樣在1180℃或1280℃下進(jìn)行擴(kuò)散退火處理;
步驟七:經(jīng)步驟六處理后的合金擴(kuò)散偶試樣進(jìn)行鑲樣與制樣,用于后續(xù)檢測(cè)獲得擴(kuò)散偶的成分-距離曲線。
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