[发明专利]硬质合金自适应参数化建模的方法

说明书

技术领域

本发明涉及合金材料结构设计技术领域，特别是涉及到一种基于硬质合金真实微观组织建立的“自适应”参数化设计硬质合金材料结构的方法。

背景技术

硬质合金作为一种工具材料，具有高硬度、高强度、高弹性模量等性能，广泛应用于各种切削工具、矿山工具和耐磨零件。WC硬质合金主要成分是WC，并存在金属粘结相Co，是硬质合金中牌号最多、产量最大、用途最广的。目前国内外对硬质合金的研究主要集中在实验的基础上，真实的实验研究需要花费大量的人力、物力、财力并受材料本身复杂性的影响，使得实验数据相对离散，较难反映实际材料的真实力学性能指标，并难以得出材料内部微观结构对材料宏观性能的影响。

随着计算科学的迅猛发展，利用数值计算和计算仿真，通过各种算法手段设计实现材料的微观结构参数化，对现阶段的材料性能优化具有极大的现实意义。目前国内外学者开展了大量基于硬质合金微观结构参数化建模方法的研究，但都存在一定的局限性。P Connolly和P E Mchugh等建立了硬质合金微观结构包含WC晶粒及Co相的镶嵌体胞模型，但体胞模型对材料实际微观结构做了大量简化,与实际不符；Chang-Sookim等建立了包含方形、圆形的WC晶粒的微观结构模型，然而方形与圆形结构与实际的WC晶粒结构差异较大；Sunghyuk Park等提出了利用计算机编程进行WC晶粒投放及采用Boolean算法进行WC晶粒重叠处理的参数化建模方法，但存在局部WC晶粒堆积现象与实际不符；王东等提出的基于“随机法”构建了反映材料二维微观结构WC晶粒尺寸近似正态分布的参数化模型，但不能准确反映实际WC晶粒尺寸分布，也不能生成1μm以下的WC晶粒。综上所述，传统方法存在三个方面主要问题，一是组织模拟结果的尺寸分布与设定的目标分布或真实组织尺寸分布相差较大，二是模拟结果存在WC颗粒局部堆积问题，也即WC的位置分布不均匀与真实组织不符合，三是针对Co含量小以及WC颗粒小的很难模拟出满足实际要求的结果。因此以上建立的参数化模型在微观结构表征上均未能准确和全面的反映真实微观组织结构，不能在普遍意义上指导材料的研制与开发。为此我们发明了一种新的硬质合金自适应参数化建模的方法，解决了以上技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能准确反映真实WC-Co硬质合金微观组织的硬质合金自适应参数化建模的方法，保证模拟组织的位置分布均匀性，尺寸分布准确性和小颗粒小Co含量组织模拟的可靠性。

本发明的目的可通过如下技术措施来实现：硬质合金自适应参数化建模的方法，所述硬质合金自适应参数化建模的方法包括：步骤1，采集参数化模型中的特征参数；步骤2，基于真实微观组织的WC晶粒的多边形特征，构造多边形WC晶粒；步骤3，投放WC颗粒；步骤4，投放过程中采用布尔运算算法对重叠晶粒进行去重叠处理；步骤5，按目标WC晶粒尺寸分布对WC颗粒进行多删少补，按WC晶粒尺寸投放概率计算新投放WC晶粒尺寸；步骤6，按目标WC颗粒位置分布对颗粒堆积现象进行均布化处理，并按照WC颗粒位置投放概率计算新投放WC颗粒位置；以及步骤7，设定算法结束判据，WC颗粒在循环投放过程中，若满足判据要求则投放结束，若未满足判据要求则重复步骤3到步骤6。

本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：

在步骤1中，采集的参数化模型中的特征参数包括WC平均晶粒尺寸、WC晶粒尺寸分布、目标Co含量、区域目标Co含量分布、最大WC投放晶粒数等微观结构特征参数，其中利用公式：

T_num×d²＝p×(1-Co％)(1)

计算得到的WC目标晶粒数T_num，d为WC平均晶粒尺寸，d²为WC晶粒面积，P为设定的投放区间面积，从而得到WC晶粒尺寸分布区间中各区间目标投放的WC晶粒数。

在步骤2中，在构造多边形WC晶粒时，取多边形两边绕原点0分别在α(75°,105°)，θ(-15°，15°)之间转动，并分别在圆弧上得到顶点1,3，顶点2则是A与B的交点，其中A与B分别垂直于Y轴与X轴且交于圆弧，因此确定并连接四边形顶点0、1、2、3构建多边形，其中晶粒长短径A与B均服从实际WC平均晶粒尺寸分布，并且多边形绕形心在(0～180°)之间任意旋转β角，最后构成WC晶粒，构造的多边形WC晶粒的特征信息包括WC平均晶粒尺寸、晶粒取向角、及晶粒形心位置。

在步骤4中，采用布尔运算算法进行去重叠处理，新生成的WC颗粒与所有的WC颗粒进行布尔运算，存在以下几种情况：