[发明专利]用于钢铝焊的热力学和本征力学性质计算的元素添加方法

说明书

本发明公开了一种用于钢铝焊的热力学和本征力学性质计算的元素的添加方法，首先通过Miedema理论对合金化元素X分别和Fe，Al形成的Fe‑X，Al‑X二元系统以及Fe‑Al二元系统的标准摩尔生成焓进行计算，初步确定合金化元素。然后通过第一性原理方法对以上各二元系统中可能生成的相的形成热和吉布斯自由能进行计算，结合形成热和吉布斯自由能结果确定各二元系统中最易形成的相。最后计算上述最易形成的相的弹性常数，确定其延脆性，进而判断该合金化元素是否适合添加。该方法为改善钢铝焊接接头的力学性能提供了一种可靠的合金化元素选择方法，通过本发明可以快速准确的确定合金化元素，从而节省了大量的时间和科研成本，避免了实验方案设计过程中的不确定性。

技术领域

本发明涉及一种冶金调控技术，尤其涉及用于钢铝焊的热力学和本征力学性质计算的元素添加方法

背景技术

国际能源危机和温室效应愈发明显要求汽车工业实现轻量化生产，以轻质铝合金替代部分车用钢可达到车身减重的目的，而其中涉及到的钢铝连接不可避免。激光焊接因其能量密度大，变形小，效率高等优势成为钢铝焊接的首选热源。然而脆性Fe-Al金属间化合物是制约钢铝焊接接头力学性能的关键问题。通过添加合金化元素进行冶金调控是解决该问题的有效方法。

然而在合金化元素的选择过程中，目前还未有可靠的理论准则。现有的研究是通过试错的方法进行元素的添加，而这样的方法会造成大量的人力，物力和财力的浪费。因此，亟需提供一种用于钢铝焊的合金化元素的添加方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种在钢铝激光焊接以及其他异种材料焊接中，选择添加合适的合金化元素的方法，进而通过冶金调控提高接头的力学性能。

本发明的技术方案是提供了一种用于钢铝焊的热力学和本征力学性质计算的元素的添加方法，其特征在于具体包括以下步骤：

步骤1，基于Miedema理论计算Fe-Al二元系统以及合金化元素X分别和Fe，Al形成的Fe-X，Al-X二元系统的标准摩尔生成焓；

Miedema模型的方程如下：

其中ΔH_ij为二元系统i-j的标准摩尔生成焓，x_i和x_j表示组元i和组元j的体摩尔分数，V_i和V_j表示组元i和组元j的摩尔体积，和代表组元i和组元j的电负性，和代表组元i和组元j的电子密度，为组元i和组元j的电子密度差，为组元i和组元j的电负性差；

μ_i和μ_j为组元i和组元j对应的常数；p,q,r,α，q/p,r/p为经验常数；

步骤2，将Fe，Al，合金化元素X的电负性电子密度摩尔体积V_i以及各组元对应的常数p,q,r,αq/p，r/p代入Miedema模型方程，通过Origin软件绘制Fe-X，Al-X，Fe-Al二元体系的标准摩尔生成焓结果图；在得到二元体系的标准摩尔生成焓以后，再根据Miedema理论，通过对比二元体系的标准摩尔生成焓大小，初步判断合金化元素X是否适合添加；

步骤3，当初步判断合金化元素X能够添加后，通过对Fe-X，Al-X二元系统中形成的二元相的形成热和吉布斯自由能进行计算，确定能够形成的稳定相Fe_xX_y，Al_xX_y；