【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種多元鋁合金淬火敏感性模型，具體涉及一種基于相圖計算的多元鋁合金淬火敏感性預(yù)測和優(yōu)化模型，屬于鋁合金。
技術(shù)介紹
1、多元鋁合金由于具有比強(qiáng)度高、韌性良好和易于加工等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于包括航空航天領(lǐng)域在內(nèi)的各工業(yè)領(lǐng)域中。多元鋁合金一般為含有三種或三種以上元素的鋁合金材料，近年來，為了進(jìn)一步優(yōu)化多元合金的力學(xué)性能，常通過控制主元素的含量，從而提高材料合金化程度。但隨著多元鋁合金力學(xué)性能的提高，其厚板的淬火敏感性的問題也越為突出。例如，對于高合金化的al-zn-mg-cu合金，在高速率淬火過程中形成高過飽和的固溶體，從而產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，導(dǎo)致材料變形、翹曲甚至開裂；在低速率淬火過程中，則又會產(chǎn)生大量的淬火析出相，降低材料時效后的硬度和強(qiáng)度，因此，在設(shè)計高強(qiáng)度的al-zn-mg-cu合金時，需要對所設(shè)計合金的淬火敏感性進(jìn)行預(yù)測，從而獲得最佳的主元素含量。
2、現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中，對于多元鋁合金的淬火敏感性測試多通過ttp和ttt曲線來反映。然而，ttp曲線需要通過等溫淬火和末端淬火實(shí)驗(yàn)進(jìn)行繪制，工作量較大，效率低；ttt曲線不能直觀的反映淬火敏感性隨著主元素變化的規(guī)律。雖然多元合金中主要強(qiáng)化相和淬火相對淬火敏感性有很大的影響，但目前并沒有可靠的方式直觀、快速的反應(yīng)這一關(guān)系，因此，市場亟需一種快速、直觀的多元鋁合金淬火敏感性預(yù)測方法，從而大幅降低高性能鋁合金設(shè)計成本。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于相圖計算的多元鋁合金
2、為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本專利技術(shù)提供了一種基于相圖計算的多元鋁合金淬火敏感性預(yù)測和優(yōu)化模型，包括：
3、1)通過calphad方法計算富鋁角多元鋁合金中在確定cu含量下不同zn和mg總量zn/mg比值的η相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布圖，其中，zn和mg總量記為czn+mg，zn/mg比值記為rzn/mg，η相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)記為mη；
4、2)通過rational?taylor模型對mη分布圖建立mη、czn+mg和rzn/mg的相關(guān)性模型；
5、3)根據(jù)步驟2)所述的相關(guān)性模型，繪制不同czn+mg和rzn/mg下的mη和的分布圖；
6、4)根據(jù)步驟3)所述的mη和的分布圖對多元鋁合金的淬火敏感性進(jìn)行預(yù)測，獲取預(yù)測值，再通過淬火敏感性實(shí)驗(yàn)，對模型進(jìn)行優(yōu)化，即得；
7、所述多元鋁合金包括al、cu、zn和mg元素。
8、本專利技術(shù)所提供的技術(shù)方案中，對于al-zn-mg-cu合金而言，zn和mg溶質(zhì)原子越多，時效后獲得的η'相體積分?jǐn)?shù)也越大，η'相的體積分?jǐn)?shù)越大，材料的強(qiáng)度也越高。然而，隨著合金中zn和mg含量的提高，固溶處理后固溶體中溶質(zhì)原子濃度增大、過飽和度提高，在淬火過程中固溶體更容易分解，迅速形成淬火η相。淬火η相的大量形成消耗了η'相的形核質(zhì)點(diǎn)，使合金時效后的強(qiáng)度顯著下降，進(jìn)而提高合金的淬火敏感性。
9、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述calphad方法通過pandat軟件中的panphasediagram模塊進(jìn)行計算。
10、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述富鋁角多元鋁合金中主要組分質(zhì)量百分比為：zn含量為5～11wt.％，mg含量為1～3.5wt.％，cu含量為1～3wt.％，余量為al。
11、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述czn+mg和rzn/mg的計算過程為：
12、式1：
13、式1中：czn和cmg分別為zn含量和mg含量。
14、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述mη為在時效溫度下的平衡狀態(tài)下η相的理論質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
15、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述時效溫度的范圍為100～160℃。
16、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述mη、czn+mg和rzn/mg的相關(guān)性模型為：
17、式2：
18、式2中：z0，a01～c01和a1～c1為擬合參數(shù)。
19、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述多元鋁合金的淬火敏感性的預(yù)測過程為：根據(jù)步驟3)中不同czn+mg和rzn/mg下的mη和的分布圖，其中mη越大或數(shù)據(jù)的絕對值越大，其淬火敏感性越高。
20、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述淬火敏感性實(shí)驗(yàn)包括c曲線測試和等溫轉(zhuǎn)變曲線測試，其結(jié)果分別繪制為ttp曲線和ttt曲線。
21、作為一項(xiàng)優(yōu)選的方案，所述模型優(yōu)化的方式包括：當(dāng)rzn/mg不變時，隨著czn+mg增加mη值也隨之提高，淬火敏感性提高；當(dāng)czn+mg不變時，隨著rzn/mg遠(yuǎn)離臨界zn/mg比值mη值隨之降低，淬火敏感性下降；當(dāng)mη值不變時，隨著rzn/mg遠(yuǎn)離值，czn+mg隨之增加，淬火敏感性提高。
22、在al-zn-mg-cu合金中，η相是低速率淬火過程中容易形成的淬火析出相。在淬火過程中，合金中淬火η相的數(shù)量越多，導(dǎo)致后續(xù)時效的性能損失越大，說明該合金具有較高的淬火敏感性。專利技術(shù)人通過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，淬火η相主要受czn+mg和rzn/mg的影響。隨著czn+mg和rzn/mg的增加，η相的轉(zhuǎn)變熱激活能會降低，從而在淬火過程中容易形成淬火η相。此外，專利技術(shù)人通過calphad計算確立了mη、czn+mg和rzn/mg的關(guān)系。具體表現(xiàn)為：mη也受czn+mg和rzn/mg的影響。當(dāng)rzn/mg不變時，隨著czn+mg增加必定引起mη值的提高；當(dāng)czn+mg不變時，rzn/mg遠(yuǎn)離某個臨界zn/mg比值則會引起mη值降低?；谶@個規(guī)律可以通過mη的大小來預(yù)測合金的淬火敏感性，即當(dāng)mη增加會引起合金的淬火敏感性的提高。此外，專利技術(shù)人發(fā)現(xiàn)當(dāng)mη值不變時，隨著rzn/mg遠(yuǎn)離值，則會引起czn+mg增加，從而提高淬火敏感性。在此條件下，最佳的淬火敏感性的化學(xué)成分應(yīng)是rzn/mg等于值。而值則是mη隨rzn/mg變化最小的點(diǎn)，即等于0。因此，綜合考慮mη和能夠有效預(yù)測al-zn-mg-cu合金的淬火敏感性。
23、相對于現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)技術(shù)方案的有益技術(shù)效果為：
24、1)本專利技術(shù)所提供的模型通過構(gòu)建mη、czn+mg和rzn/mg的相關(guān)性模型，對多元鋁合金的淬火敏感性進(jìn)行預(yù)測，再結(jié)合ttp曲線和ttt曲線驗(yàn)證模型的預(yù)測值，并對模型進(jìn)行優(yōu)化，從而保證了所得模型對多元鋁合金淬火敏感性預(yù)測的準(zhǔn)確性和快速性。
25、2)本專利技術(shù)所提供的技術(shù)方案基于上述模型優(yōu)異的預(yù)測準(zhǔn)確性，與ttp曲線相比，無需通過等溫淬火和末端淬火實(shí)驗(yàn)進(jìn)行繪制，在降低淬火敏感性檢測成本的前提下，還大幅提高了檢測效率，且該模型基于mη、czn+mg和rzn/mg參數(shù)，可直接反映多元鋁合金中主合金元素與淬火敏感性之間的變化規(guī)律，有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中ttt曲線的問題，對高性能多元合金的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于相圖計算的多元鋁合金淬火敏感性預(yù)測和優(yōu)化模型，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相圖計算的多元鋁合金淬火敏感性預(yù)測和優(yōu)化模型，其特征在于：所述CALPHAD方法通過PANDAT軟件中的PanPhaseDiagram模塊進(jìn)行計算。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相圖計算的多元鋁合金淬火敏感性預(yù)測和優(yōu)化模型，其特征在于：所述富鋁角多元鋁合金中主要組分質(zhì)量百分比為：Zn含量為5～11wt.％，Mg含量為1～3.5wt.％，Cu含量為1～3wt.％，余量為Al。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相圖計算的多元鋁合金淬火敏感性預(yù)測和優(yōu)化模型，其特征在于：所述CZn+Mg和RZn/Mg的計算過程為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相圖計算的多元鋁合金淬火敏感性預(yù)測和優(yōu)化模型，其特征在于：所述Mη為在時效溫度下的平衡狀態(tài)下η相的理論質(zhì)量分?jǐn)?shù)；所述時效溫度的范圍為100～160℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相圖計算的多元鋁合金淬火敏感性預(yù)測和優(yōu)化模型，其特征在于：所述Mη、CZn+Mg和RZn/
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相圖計算的多元鋁合金淬火敏感性預(yù)測和優(yōu)化模型，其特征在于：所述多元鋁合金的淬火敏感性的預(yù)測過程為：根據(jù)步驟3)中不同CZn+Mg和RZn/Mg下的Mη和的分布圖，其中Mη越大或數(shù)據(jù)的絕對值越大，其淬火敏感性越高。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相圖計算的多元鋁合金淬火敏感性預(yù)測和優(yōu)化模型，其特征在于：所述淬火敏感性實(shí)驗(yàn)包括C曲線測試和等溫轉(zhuǎn)變曲線測試，其結(jié)果分別繪制為TTP曲線和TTT曲線。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相圖計算的多元鋁合金淬火敏感性預(yù)測和優(yōu)化模型，其特征在于：所述模型優(yōu)化的方式包括：當(dāng)RZn/Mg不變時，隨著CZn+Mg增加Mη值也隨之提高，淬火敏感性提高；當(dāng)CZn+Mg不變時，隨著RZn/Mg遠(yuǎn)離臨界Zn/Mg比值(RZCn/Mg)，Mη值隨之降低，淬火敏感性下降；當(dāng)Mη值不變時，隨著RZn/Mg遠(yuǎn)離RZCn/Mg值，CZn+Mg隨之增加，淬火敏感性提高。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于相圖計算的多元鋁合金淬火敏感性預(yù)測和優(yōu)化模型，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相圖計算的多元鋁合金淬火敏感性預(yù)測和優(yōu)化模型，其特征在于：所述calphad方法通過pandat軟件中的panphasediagram模塊進(jìn)行計算。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相圖計算的多元鋁合金淬火敏感性預(yù)測和優(yōu)化模型，其特征在于：所述富鋁角多元鋁合金中主要組分質(zhì)量百分比為：zn含量為5～11wt.％，mg含量為1～3.5wt.％，cu含量為1～3wt.％，余量為al。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相圖計算的多元鋁合金淬火敏感性預(yù)測和優(yōu)化模型，其特征在于：所述czn+mg和rzn/mg的計算過程為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相圖計算的多元鋁合金淬火敏感性預(yù)測和優(yōu)化模型，其特征在于：所述mη為在時效溫度下的平衡狀態(tài)下η相的理論質(zhì)量分?jǐn)?shù)；所述時效溫度的范圍為100～160℃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相圖計算的多元鋁合金淬火敏感性預(yù)測和優(yōu)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄧運(yùn)來，何錫宇，郭曉斌，許雪紅，謝元康，梁朝杰，
申請(專利權(quán))人：中南大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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