[發明專利]基于數據驅動多組元高溫合金持久蠕變性能的評估方法

在審

• 申請號: 202011111443.X
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112289390A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 劉鋒;王澤鑫;譚黎明;王子;劉詠;喻石亞;郝新;方棋洪
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G16C20/90
• 分類號: G16C20/90;G16C60/00;G06F17/11;G01N3/18
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 蔣太煒

1.一種基于數據驅動多組元高溫合金持久蠕變性能的評估方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：通過合金擴散多元節技術高通量制備若干組多組元鎳基高溫合金擴散偶；

S2：通過檢測儀器檢測獲得每組所述擴散偶的成分-距離曲線；

S3：根據所述步驟S2獲得的成分-距離曲線，建立多組元鎳基高溫合金互擴散系數矩陣，具體操作步驟如下：

S3-1：通過步驟S2獲得的成分-距離曲線以及現有技術中已評估的鎳基二元體系的自擴散系數或雜質擴散系數的原子移動性參數M_i，對于現有技術中未記載的鎳基二元體系的原子移動性參數進行近似處理，將二元交互作用參數作為可調整的參數，均設為常數A；

S3-2：根據多組元合金互擴散系數與原子移動性參數存在的下述關系，其表達式如下：

式1中：為鎳基多組元合金的互擴散系數，N表示多組元合金中含有的元素數量，i、j、k表示第i、第j、第k個元素,R為氣體常數，T為擴散退火溫度，M_i為i元素的原子移動性參數，M_k為k元素的原子移動性參數，x_i表示元素i的摩爾分數，是熱力學因子；當i和j是同一個元素時，熱力學因子等于1，否則等于0；

S3-3：根據Fick第二定律，鎳基N元系中元素互擴散系數與所述成分-距離曲線存在下述關系，其表達式如下：

式2中：c_i為元素i的摩爾分數，t為退火時間，x為距離，為鎳基多組元合金的互擴散系數；所述N為大于2的正整數；

S3-4：通過所述步驟S3-1、S3-2、S3-3過程初步模擬出擴散偶的成分-距離曲線，并與實驗的成分-距離曲線對比，采用遺傳算法不斷迭代優化調整參數A，直至模擬的成分-距離曲線與實驗的成分-距離曲線在可以接受的誤差范圍內，所獲得的多個原子移動性參數組成原子移動性數據庫；其中，采用遺傳算法優化調整參數A的過程通過HitDIC軟件實現；

S4：驗證所述原子移動性數據庫的可靠性；

S5：通過所述原子移動性數據庫，結合修改的Kim蠕變模型，預測多組元鎳基高溫合金在中溫蠕變試驗條件下的最低蠕變速率與蠕變壽命，其具體表達式如下：

式3-7中，D_0,eff為有效指數前因子值，c_i為i元素的摩爾分數，為所述原子移動性數據庫計算的i元素在基體相中的示蹤擴散指數前因子值，Q_eff為有效激活能，為所述原子移動性數據庫計算的i元素在基體相中的示蹤擴散激活能，D_eff為有效擴散系數，R為氣體常數，T為蠕變試驗溫度，為最低蠕變速率，φ為蠕變溫度下γ′相體積分數，G為剪切模量，b為伯氏矢量，k為玻爾茲曼常數，為γ′相粒子間距，γ_SFE為基體相的堆垛層錯能，σ為蠕變試驗應力，σ_p為背應力，d為晶粒大小，A₁和A₂為模型擬合參數，通過擬合合金的實驗數據獲得，t為蠕變壽命。

2.根據權利要求1所述的基于數據驅動多組元高溫合金持久蠕變性能的評估方法，其特征在于，所述步驟S2中，檢測所述擴散偶時，檢測距離為3000μm或4000μm。

3.根據權利要求1所述的基于數據驅動多組元高溫合金持久蠕變性能的評估方法，其特征在于，所述檢測儀器為微束X射線熒光設備。

4.根據權利要求3所述的基于數據驅動多組元高溫合金持久蠕變性能的評估方法，其特征在于，所述檢測儀器對所述擴散偶的檢測參數為：束斑為15μm，信息深度為10μm，能量分辨率為130eV，檢測速率為5s/point。