[发明专利]一种时效成形预时效过程的微观相场分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及塑性成形领域的计算机模拟和组织优化，具体涉及一种时效成形预时效过程的微观相场分析方法。

技术背景

时效成形的宏观弹性应力和纳观界面错配应力的叠加，使最低界面错配弹性应力方向呈定向排列，诱发2000系θ″、θ′、S″、S′相形核、生长、定向粗化，导致性能各向异性，降低沉淀相分散位错运动的作用，引起共面滑移，造成微观应力集中，降低强度、断裂韧性等。将静态预时效与时效成形相结合，预时效的θ″相交叉排列性遗传于时效成形过程，在消除θ″、θ′相定向排列具有较好效果。

宏-纳观应力耦合效应诱发或抑制动态沉淀，7000系铝合金时效成形发生宏-纳观应力耦合效应抑制动态沉淀形核，降低形核弥散度，高应力区η′、η相弥散度低，有损强度、塑性、耐蚀性等。7075、7050铝合金等采用多级时效工艺，可增大形核率，细化η′、η相，变窄晶间无沉淀带，断开沿晶η相等。将多级时效技术原理引入时效成形，在时效成形前采用预时效，首先形成弥散的η′相核心，表现出解决7000系铝合金时效成形η′、η相弥散度低的潜力。

时效成形动态沉淀组织形貌与预时效时期的组织密切相关。通过预时效控制沉淀早期组织，进而改变时效成形全过程的动态沉淀组织演化和最终组织，是解决沉淀相颗粒粗大，取向排列的很有前景的技术原理和工艺方法。目前，预时效实验证明在时效成形过程人工引入预时效，能通过影响沉淀相尺寸、密度、纵横比来提升构件性能[L. Zhan, J. Lin, T.A. Dean, M. Huang, Int. J. Mech. Sci. , 53 (2011) 595-605]。然而，实验方法无法捕捉预时效-时效成形的瞬时动态组织演化、对预时效-时效成形组织遗传的科学原理研究没有优势。

用微观相场法模拟预时效→时效成形的组织演变，从预时效组织稳定性、弥散度、排列及沉淀相转变机制方面解析早期无应力时效组织对后期应力时效组织的影响规律，明晰预时效工艺——预时效组织特征——时效成形过程的遗传效应——时效成形组织特征——力学性能——时效成形工艺性能的关联，提出优化预时效组织、时效成形组织的科学原则。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种时效成形预时效过程的微观相场分析方法，该方法采用含宏观弹性应力、纳观界面错配应力的微观相场方程，定量计算原子在晶格的跃迁，模拟预时效至时效成形全过程的微观结构演化，以预时效控制时效成形初始组织，从根本上改变时效成形动态沉淀相早期形貌，进而优化时效成形终了组织，消除晶粒粗大和取向排列，获得具有细晶强化和弥散强化效果的弥散分布、交叉排列的组织形貌。

本发明的技术解决方案是：

一种时效成形预时效过程的微观相场分析方法，其特殊之处在于：该方法采用耦合了宏/纳观应力场的原子尺度的相场模型，模拟时效成形的预时效组织遗传性，针对不同的沉淀组织转变机制，分析预时效组织形成机制对预时效组织结构的影响规律，得到预时效组织形成机制、预时效组织向时效成形组织转变机制，对遗传效应的影响，以及时效成形组织弥散度、排列的响应关系；该方法包括两个步骤，分别是第一预时效组织控制、第二预时效组织对时效成形组织的遗传效应。

上述时效成形预时效过程的微观相场分析方法，其特殊之处在于，该方法具体包括以下三个方面进行：

(1)获得具有强遗传效应的稳定预时效组织的条件和机制，得出预时效工艺对预时效组织稳定性的影响，及其在随后时效成形过程的遗传效应；

(2)获得交叉排列预时效组织的条件和机制，得出预时效工艺参数对预时效组织排列的影响，及其在随后时效成形过程的遗传效应；

(3)获得预时效组织转变机制与遗传效应的本质关系，得出预时效组织形成机制、预时效组织向时效成形组织转变机制对遗传效应的影响。

上述预时效组织控制是指：针对低、中、高三种预时效组织稳定性情况，围绕获得高稳定性预时效组织的条件和机制，分析预时效工艺对预时效组织稳定性的影响，预时效组织回溶的临界条件，对时效成形过程组织演化的影响。

上述预时效组织对时效成形组织的遗传效应是指：针对不同纳观错配应力的合金，围绕获得交叉排列预时效组织的条件和机制，探讨决定预时效组织排列的要素，分析预时效组织排列在时效成形过程的遗传效应。