本發(fā)明涉及鋁合金加工，具體涉及一種提高al-mg-si合金強(qiáng)塑性的工藝設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、al-mg-si系合金因其優(yōu)異的性能廣泛應(yīng)用于我國(guó)大飛機(jī)研制。在凝固和熱處理過(guò)程中鋁合金會(huì)經(jīng)歷凝固、固態(tài)相變等復(fù)雜的物理過(guò)程，其微觀組織的演化行為會(huì)極大的影響最終成型部件的機(jī)械性能。深入理解相變過(guò)程，并有效控制鋁合金加工過(guò)程中的組織演化，是大幅提高鋁合金性能的重要課題。

2、如今金屬材料的強(qiáng)韌化方法仍以傳統(tǒng)的試錯(cuò)法為主，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)金屬結(jié)構(gòu)材料理性設(shè)計(jì)，理清“成分-組織-工藝-性能”閉環(huán)關(guān)系是打破傳統(tǒng)研發(fā)試錯(cuò)模式的首要前提。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述背景技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種提高al-mg-si合金強(qiáng)塑性的工藝設(shè)計(jì)方法，為改進(jìn)和控制al-mg-si鋁合金熱處理過(guò)程，達(dá)到強(qiáng)塑性同時(shí)提高的目的。

2、本發(fā)明第一個(gè)目的是提供一種提高al-mg-si合金強(qiáng)塑性的工藝設(shè)計(jì)方法，包括：

3、基于al-mg-si合金在非平衡凝固過(guò)程的熱-動(dòng)力學(xué)建立凝固的廣義穩(wěn)定性與沉淀相析出的驅(qū)動(dòng)力和相變能壘的關(guān)系；

4、選擇tcal5和mobal4數(shù)據(jù)包，根據(jù)scheil方程獲取不同冷速條件下液相溶質(zhì)成分以及形成固相所占分?jǐn)?shù)；

5、根據(jù)不同冷速條件下形成固相所占分?jǐn)?shù)獲取不同冷卻速率下納米si的數(shù)密度；

6、根據(jù)不同冷卻速率下納米?si的數(shù)密度對(duì)納米si生長(zhǎng)過(guò)程中進(jìn)行熱動(dòng)力學(xué)計(jì)算獲取不同冷卻速率試樣的si與鋁基體之間界面遷移速率；

7、根據(jù)液相溶質(zhì)成分獲取沉淀相析出的驅(qū)動(dòng)力；

8、根據(jù)沉淀相析出的驅(qū)動(dòng)力和界面遷移速率獲取相變能壘；

9、根據(jù)沉淀相析出的驅(qū)動(dòng)力與能壘，基于廣義穩(wěn)定性與沉淀相析出的驅(qū)動(dòng)力和能壘的關(guān)系，獲取廣義穩(wěn)定性；

10、根據(jù)廣義穩(wěn)定性選擇提高al-mg-si合金強(qiáng)塑性的冷速。

11、優(yōu)選的，所述廣義穩(wěn)定性與沉淀相析出的驅(qū)動(dòng)力和相變能壘的關(guān)系，如下：

12、

13、式中，表示廣義穩(wěn)定性；表示相變能壘；表示沉淀相析出的驅(qū)動(dòng)力；表示等冷卻速率相變初態(tài)的化學(xué)驅(qū)動(dòng)力；表示等冷卻速率相變初態(tài)的能壘。

14、優(yōu)選的，所述液相溶質(zhì)成分，計(jì)算公式如下：

15、

16、式中，表示合金名義成分；為固-液界面溶質(zhì)平衡分配系數(shù)；為固相溶質(zhì)成分；為固相分?jǐn)?shù)。

17、優(yōu)選的，形成固相所占分?jǐn)?shù)，計(jì)算公式如下：

18、

19、式中，表示轉(zhuǎn)變溫度；表示絕對(duì)溫度；表示液相溫度；

20、為固-液界面溶質(zhì)平衡分配系數(shù)。

21、優(yōu)選的，所述沉淀相析出的驅(qū)動(dòng)力，計(jì)算公式如下：

22、

23、式中，為玻爾茲曼常數(shù)； t為溫度；為原子體；為液相溶質(zhì)成分；為基體中溶質(zhì)原子的平衡濃度。

24、優(yōu)選的，所述相變能壘，計(jì)算公式如下：

25、

26、式中，表示沉淀相析出的驅(qū)動(dòng)力；表示界面遷移速率；為指前因子；為氣體常數(shù)；為絕對(duì)溫度。

27、優(yōu)選的，在非平衡凝固過(guò)程中?aziz?溶質(zhì)截留模型，如下：

28、

29、

30、式中，為溶質(zhì)截留函數(shù)；為界面遷移速率；為溶質(zhì)擴(kuò)散速度；為溶質(zhì)組元a和溶劑組元b平衡分凝系數(shù)比；為移動(dòng)界面上的液相分?jǐn)?shù)；為金屬熔體中的聲速；為合金凝固過(guò)程中的驅(qū)動(dòng)力；為氣體常數(shù)；為界面溫度。

31、本發(fā)明第二個(gè)目的是提供一種上述方法在提高al-mg-si合金強(qiáng)塑性中的應(yīng)用。

32、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

33、本發(fā)明提供了一種提高al-mg-si合金強(qiáng)塑性的工藝設(shè)計(jì)方法，本發(fā)明以?al-mg-si系合金作為研究對(duì)象，研究不同非平衡凝固條件及不同時(shí)效時(shí)間下的組織演化規(guī)律，提高鋁合金力學(xué)性能，并揭示熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力與動(dòng)力能壘的相關(guān)性。通過(guò)廣義穩(wěn)定性方法，對(duì)合金的組織及性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)成分/工藝-組織-性能的關(guān)系進(jìn)行探究，并選出最佳工藝路徑。

34、將本發(fā)明中的非平衡凝固組織及力學(xué)性能與相變過(guò)程的熱動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)力、廣義穩(wěn)定性同組織與力學(xué)性能之間的關(guān)聯(lián)。即相變末態(tài)時(shí)驅(qū)動(dòng)力越大，對(duì)應(yīng)強(qiáng)度越高；相變末態(tài)時(shí)廣義穩(wěn)定性越大，對(duì)應(yīng)塑性性能越好。這為材料研發(fā)提供了新的思路，即通過(guò)選擇大驅(qū)動(dòng)力大能壘大廣義穩(wěn)定性的相變路徑使材料獲得更為優(yōu)秀的力學(xué)性能。

技術(shù)特征：

1.一種提高al-mg-si合金強(qiáng)塑性的工藝設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高al-mg-si合金強(qiáng)塑性的工藝設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述廣義穩(wěn)定性與沉淀相析出的驅(qū)動(dòng)力和相變能壘的關(guān)系，如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高al-mg-si合金強(qiáng)塑性的工藝設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述液相溶質(zhì)成分，計(jì)算公式如下：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的提高al-mg-si合金強(qiáng)塑性的工藝設(shè)計(jì)方法，其特征在于，形成固相所占分?jǐn)?shù)，計(jì)算公式如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高al-mg-si合金強(qiáng)塑性的工藝設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述沉淀相析出的驅(qū)動(dòng)力，計(jì)算公式如下：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高al-mg-si合金強(qiáng)塑性的工藝設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述相變能壘，計(jì)算公式如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高al-mg-si合金強(qiáng)塑性的工藝設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在非平衡凝固過(guò)程中?aziz?溶質(zhì)截留模型，如下：

8.一種權(quán)利要求1~7任一項(xiàng)所述的方法在提高al-mg-si合金強(qiáng)塑性中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種提高Al?Mg?Si合金強(qiáng)塑性的工藝設(shè)計(jì)方法，涉及鋁合金加工技術(shù)領(lǐng)域。所述方法基于Al?Mg?Si合金在非平衡凝固過(guò)程的熱?動(dòng)力學(xué)建立凝固的廣義穩(wěn)定性與沉淀相析出的驅(qū)動(dòng)力和相變能壘的關(guān)系；獲取不同冷卻速率試樣的Si與鋁基體之間界面遷移速率；根據(jù)液相溶質(zhì)成分獲取沉淀相析出的驅(qū)動(dòng)力；根據(jù)沉淀相析出的驅(qū)動(dòng)力和界面遷移速率獲取相變能壘；根據(jù)廣義穩(wěn)定性選擇提高Al?Mg?Si合金強(qiáng)塑性的冷速。本發(fā)明通過(guò)廣義穩(wěn)定性方法，對(duì)合金的組織及性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)成分/工藝?組織?性能的關(guān)系進(jìn)行探究，并選出最佳工藝路徑。

技術(shù)研發(fā)人員：劉峰,張高輝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19