[发明专利]一种预测γ-TiAl中不同γ/γ界面类型出现比例的相场模拟方法

说明书

本发明公开了一种预测γ‑TiAl中不同γ/γ界面类型出现比例的相场模拟方法，属于冶金铸造技术领域。该方法为：S1：获取γ‑TiAl合金α₂→γ固态相变过程中两相Gibbs自由能密度及溶质原子的化学迁移率信息；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：改变γ/γ间界面能差与弹性应变能贡献，得到不同γ/γ界面类型出现比例；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γ/γ界面类型出现比例受界面能差值以及弹性应变能贡献的影响规律。本发明为γ‑TiAl合金全片层组织的形成过程提供可视化预测方法，为调控γ‑TiAl合金的力学性能提供理论指导。

技术领域

本发明涉及冶金铸造技术领域，具体涉及一种预测γ-TiAl中不同γ/γ界面类型出现比例的相场模拟方法。

背景技术

钛铝金属间化合物作为替代高温合金的下一代新型结构材料，近年来已受到广泛关注。特别是包含γ和α₂两相的全片层组织的钛铝合金(γ-TiAl)，具有低密度、高比强度、良好的阻燃性和抗氧化等特点，适合应用于航空发动机的高压压气机叶片与低压涡轮叶片。实验中对γ/γ界面类型的统计分析表明，多数情况下孪晶(TT)关系片层比例较高，伪孪晶(PT)及有序畴(OD)关系界面比例相对较低。这与随机分布理论下三种界面的比例TT:PT:OD＝3:6:6严重偏离。相关研究表明，孪晶与有序畴界面的强度要优于伪孪晶；而在塑性方面，有序畴界面最优，孪晶次之，伪孪晶相对较差。

由于α₂→γ转变是形成全片层组织的一个非常重要的固态相变过程，体系内弹性应变能与γ/γ界面界面能差对不同γ/γ界面类型出现比例起着决定性作用。因此，借助计算机模拟阐明该相变过程中弹性应变能与界面能对全片层组织演变过程的影响规律，对于通过调整合金成分、改进热处理工艺制度来调控γ-TiAl合金中三种γ/γ界面类型的比例，优化钛铝合金的力学性能具有重要意义。

发明内容

为了改善及优化钛铝合金的力学性能，本发明提供一种预测γ-TiAl中不同γ/γ界面类型出现比例的相场模拟方法，该方法能够再现α₂→γ固态转变过程，为调控不同γ/γ界面类型的出现比例提供有效的预测方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种预测γ-TiAl中不同γ/γ界面类型出现比例的相场模拟方法，包括以下步骤：

S1：根据γ-TiAl合金的具体相变温度、α₂与γ相的Gibbs自由能曲线及其公切点对应的两相平衡时的平衡成分，获取α₂→γ固态转变时各相的局域自由能密度。采用动力学数据库中Al成分在各相内的原子迁移率，经过插值计算获得α₂/γ及γ/γ界面处的化学迁移率；

S2：根据步骤S1获取的γ-TiAl合金α₂→γ固态相变时各相的Gibbs自由能密度以及化学迁移率等信息，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序参量结果值；

S3：保持弹性应变能贡献不变，改变不同γ/γ界面的界面能差，计算获得不同γ/γ界面类型出现比例结果值；保持不同γ/γ界面的界面能差不变，改变弹性应变能，计算获得不同γ/γ界面类型出现比例的结果值；

S4：将S3中微观组织演化结果进行可视化处理，获得不同γ/γ界面类型出现比例受界面能差值以及弹性应变能贡献的影响规律。

上述步骤S1中，自由能如下：

基于一定温度下的α₂和γ两相自由能，按照以下Landau型多项式(公式(1a))表达γ-TiAl体系α₂和γ相局域自由能密度：