[发明专利]镍基单晶高温合金γ′相组织的预测方法

说明书

本公开涉及一种镍基单晶高温合金γ′相组织的预测方法，该方法包括：创建镍基单晶高温合金中γ′相的生长、粗化和筏化过程的三维弹塑性多元多相场模型；根据预设热处理工艺和预设服役条件，获取目标镍基单晶高温合金的元素组分对应的热处理热动力学参数和筏化热动力学参数；基于热处理热动力学参数和筏化热动力学参数分别对三维弹塑性多元多相场模型的参数进行设置得到热处理模型和筏化模型，利用热处理模型和筏化模型预测得到热处理预测结果和筏化预测结果；根据热处理预测结果和筏化预测结果，展示γ′相组织演化结果。可对合金γ′相形貌演变进行多维度、多角度的准确分析。相比于实验方法耗时短、流程简单、成本低、效果好。

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γ′相组织的预测方法。

背景技术

镍基单晶高温合金因其优异的综合性能被广泛应用于航空发动机涡轮叶片的制备，γ′相作为主要的强化相，是镍基单晶高温合金具有优异高温性能的主要原因，因此研究并理解其在服役中的微观组织演变有助于调控合金组分、优化生产工艺，从而获得具有更好的使用性能的高温合金。然而，镍基单晶高温合金的生产成本高昂，生产工艺复杂，生产周期漫长，在实际的生产过程中，任何一个微小的工艺制度改变都可能对γ′相的组织形貌产生重大影响，而相关技术中评估生产试样高温力学性能的蠕变实验更是需要极其漫长的实验周期，严重制约了研究发展。如何解决实验方法所带来的问题和限制，提供一种能够镍基单晶高温合金γ′相组织演化的预测方法，对研究并理解实际生产和服役过程中γ′相微观组织演变，从而为优化工艺调控组织提供理论依据具有关键作用。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种镍基单晶高温合金γ′相组织的预测方法，针对热处理和筏化过程中镍基单晶高温合金γ′相组织进行研究预测。

根据本公开的一方面，提供了一种镍基单晶高温合金γ′相组织的预测方法，所述方法包括：

创建对应于镍基单晶高温合金组分中γ′相的生长、粗化和筏化过程的三维弹塑性多元多相场模型；

根据目标镍基单晶高温合金的元素组分和预设热处理工艺从所建立的镍基高温合金相场模拟性能数据库中获取热处理热动力学参数，以及根据所述元素组分和预设服役条件从所述镍基高温合金相场模拟性能数据库中获取筏化热动力学参数，所述镍基高温合金相场模拟性能数据库中的参数是耦合热力学和动力学计算确定出的；

基于所述热处理热动力学参数对所述三维弹塑性多元多相场模型进行参数设置得到热处理模型，以及基于所述筏化热动力学参数和塑性参数对所述三维弹塑性多元多相场模型进行参数设置得到筏化模型；

利用所述热处理模型针对所述目标镍基单晶高温合金中γ′相组织演化进行对应于所述预设热处理工艺的预测，得到热处理预测结果，所述热处理预测结果包括相组织形貌、所述镍基单晶高温合金中各元素的偏析和弹性力学信息；

利用所述筏化模型和所述热处理预测结果针对所述目标镍基单晶高温合金中γ′相组织演化进行对应于所述预设服役条件的预测，得到筏化预测结果，所述筏化预测结果包括相组织形貌、所述镍基单晶高温合金中各元素的偏析和弹塑性力学信息；

根据所述热处理预测结果和所述筏化预测结果，展示所述γ′相组织演化结果；

其中，所述三维弹塑性多元多相场模型用于针对镍基单晶高温合金热处理过程或筏化过程中不同相的以下至少一项预测：相组织形貌、元素偏析、等效塑性应变、弹性驱动力、等效弹性应变，所述相包括γ相和与四种原子占位分别对应的γ′相。

在一种可能的实现方式中，基于所述热处理热动力学参数对所述三维弹塑性多元多相场模型进行参数设置得到热处理模型，以及基于所述筏化热动力学参数和塑性参数对所述三维弹塑性多元多相场模型进行参数设置得到筏化模型，包括：

设定所述三维弹塑性多元多相场模型预测的所述目标镍基单晶高温合金组织生长的计算域网络的尺寸和数目；