[发明专利]镍基单晶高温合金条纹晶缺陷取向偏离预测方法

说明书

本公开涉及一种镍基单晶高温合金条纹晶缺陷取向偏离预测方法。该方法包括：获取镍基单晶高温合金在不同温度下的热力学数据；根据热力学数据，采用数值模拟方法模拟镍基单晶高温合金定向凝固形成的枝晶的三维生长形貌；基于三维生长形貌，通过空间拓扑运动算法模拟镍基单晶高温合金中的枝晶在断裂后的取向偏离形态；基于取向偏离形态，展示镍基单晶高温合金中条纹晶的三维形态。能有效预测镍基单晶高温合金中断裂枝晶在周围枝晶的限制下所能够形成的最大取向偏离角度，展示条纹晶缺陷的三维形貌，有效解决相关技术中所采用的实验方法耗时长、成本高、效果差的问题。

技术领域

本公开涉及镍基高温合金技术领域，尤其涉及一种镍基单晶高温合金条纹晶缺陷取向偏离预测方法。

背景技术

镍基单晶高温合金是一类高温性能优异的结构合金，常用于制备重型燃气轮机单晶涡轮叶片与航空发动机单晶涡轮叶片，广泛服役于民用电站、船舶舰艇、军用或民用航空飞机。单晶涡轮叶片一般采用定向凝固技术制造，使用最为广泛的定向凝固技术包括功率降低法、高速冷却法和液态金属冷却法。但在定向凝固工艺控制不当时，无论哪种定向凝固技术都有可能产生条纹晶缺陷。图1示出相关技术中条纹晶缺陷的示意图。条纹晶缺陷表现为如图1所示的条带状形貌，一般出现在叶片的浅层表面。当定向凝固工艺控制不当，凝固温度场不稳定或是发生倾斜时，某些条纹晶在枝晶竞争过程中占优，可能逐渐演变成贯穿整个叶片的宏观缺陷，从而导致叶片报废。

条纹晶缺陷的取向偏离角度指枝晶取向与铸件基体取向的夹角，是用来衡量条纹晶缺陷严重程度的重要指标。如何预测枝晶断裂后形成条纹晶的取向偏离大小，以及如何通过可视化的方式展现出条纹晶的枝晶形态是目前的一个难题。相关技术中，条纹晶缺陷取向偏离角度研究的过程中，由于需要涉及金属熔炼、蜡模制备、金属液浇注、定向凝固等多个步骤。获得单晶铸件后还需要对其进行切割、打磨，进行表征分析。消耗时间长，投入成本高，严重阻碍了条纹晶缺陷取向偏离角度的研究进度。如何提供一种镍基单晶高温合金条纹晶缺陷取向偏离预测方法，能够预测断裂枝晶的取向偏离阈值、重现条纹晶缺陷的三维形貌，从而提高镍基单晶高温合金铸件寿命和成品率、节约成本，实现条纹晶缺陷机理的探索是亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种镍基单晶高温合金条纹晶缺陷取向偏离预测方法。

根据本公开的一方面，提供了一种镍基单晶高温合金条纹晶缺陷取向偏离预测方法，所述方法包括：

获取镍基单晶高温合金在不同温度下的热力学数据；

根据所述热力学数据，采用数值模拟方法模拟所述镍基单晶高温合金定向凝固形成的枝晶的三维生长形貌；

基于所述三维生长形貌，通过空间拓扑运动算法模拟所述镍基单晶高温合金中的所述枝晶在断裂后的取向偏离形态和最大取向偏离角度；

基于所述取向偏离形态，展示所述镍基单晶高温合金中条纹晶的三维形态。

在一种可能的实现方式中，获取镍基单晶高温合金在不同温度下的热力学数据，包括：

利用热力学数据库以及热力学计算软件，计算出所述镍基单晶高温合金在不同温度下的热力学数据；

其中，所述热力学数据库包括镍基高温合金数据库，所述热力学计算软件包括Pandat热力学计算软件。

在一种可能的实现方式中，根据所述热力学数据，采用数值模拟方法模拟所述镍基单晶高温合金定向凝固形成的枝晶的三维生长形貌，包括：

根据所述热力学数据，采用数值模拟方法模拟所述镍基单晶高温合金在预设的抽拉速度和温度梯度下定向凝固形成的枝晶的三维生长形貌；

其中，所述数值模拟方法包括含有GPU加速算法的三维相场模拟方法。