申请/专利权人：中国科学院金属研究所

申请日：2020-11-12

公开（公告）日：2024-02-06

公开（公告）号：CN112487568B

主分类号：G06F30/17

分类号：G06F30/17;G06F30/20;G06F113/26;G06F119/08;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.06#授权;2021.03.30#实质审查的生效;2021.03.12#公开

摘要：本发明公开一种预测双相钛合金在不同升温速率下组织形貌演化与合金元素配分的相场模拟方法，属于冶金铸造技术领域。该方法包括：S1、获取双相钛合金α→β固态相变过程中两相的Gibbs自由能密度和化学迁移率；S2、建立相场动力学模型，求解相场控制方程获得序参量结果值；S3、在升温至目标固溶温度过程中，改变升温速率，得到不同微观组织形貌及元素扩散信息；S4、对不同输入条件下对应的微观组织演化结果进行可视化处理，获得不同升温速率对组织形貌与成分演变的影响规律。本发明再现双相钛合金中α→β转变过程，为双相钛合金固溶处理时组织形态及成分提供预测方法，为调控双相钛合金的屈服强度、抗拉强度等力学性能提供理论指导。

主权项：1.一种预测双相钛合金在不同升温速率下组织形貌演化与合金元素配分的相场模拟方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1、根据双相钛合金的目标固溶温度、α与β相的Gibbs自由能曲线及两相平衡时的平衡成分，获取α→β固态转变时各相的局域自由能密度f0，并进一步计算出双相钛合金体系下α和β相体化学自由能密度Gm；采用动力学数据库中合金元素在各相内的原子迁移率Ml，经过插值计算获得αβ相内及界面处的化学迁移率Mkj；S2、根据步骤S1获取的双相钛合金体系下α和β相体化学自由能密度Gm以及化学迁移率Mkj信息，建立相场动力学模型并确定多个输入参数，通过相场控制方程计算相场两类序参量结果值；S3、利用步骤S2所得相场动力学模型，保持目标固溶温度不变，改变不同升温速率，计算获得不同微观组织形貌及合金元素配分信息；S4、将步骤S3中微观组织及成分演化结果进行可视化处理，在升温至目标固溶温度过程中获得不同升温速率对微观组织形貌演化及合金元素配分的影响规律；步骤S1中，所述局域自由能密度f0由公式1计算： 公式1中，为插值函数，用来连接α与β两相的自由能曲线；与分别为α与β相的平衡摩尔自由能，其是体系温度T与合金元素Xk的函数，其中体系温度T的单位为K，合金元素Xk的单位为at.％，通过Redlich-Kister多项式做近似；ɸpp＝1,···,12表示12种α相变体；步骤S1中，双相钛合金体系下α和β相体化学自由能密度根据公式2计算； 公式2中，表征β相与12种α变体之间的能垒，ω为能垒高度；为区分不同α变体间的界面能，引入了表征不同α变体间势垒项其中：Hpq为能垒系数张量矩阵；考虑到αα间晶体取向差，统计后发现α变体之间可形成6种不同晶体取向差的晶界；步骤S1中，化学迁移率根据公式3计算； 公式3中，Mkj为化学迁移率，表征溶质扩散速率，其数值越大代表扩散越快，其是温度等参数的变量；Vm表示摩尔体积；l表示原子种类，Ml是组元l的原子迁移率，原子迁移率Ml与结构序参量间的关系可表示为公式4； 公式4中：与分别为组元l在α与β相内的原子迁移率；步骤S2中，所相场动力学模型包括扩散方程和弛豫方程，其中：浓度场随时间的演化由扩散方程控制，如公式5所示；长程序参量场随时间的演化由弛豫方程描述，通常指时间相关的Ginzburg-LandauTDGL方程或Allen-Cahn方程，如公式6所示； 公式5和公式6中，Lɸ是表征结构弛豫的动力学系数，其数值越大代表结构弛豫越快；随机噪声项ζkr,t与ξpr,t分别表征浓度序参量与结构序参量的涨落，用来模拟体系内α相的形核过程；F为体系总自由能。

全文数据：

权利要求：

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