[发明专利]基于模拟仿真的Fe-Al-Ta三元合金定向凝固工艺优化方法

说明书

本发明为一种基于模拟仿真的Fe‑Al‑Ta三元合金定向凝固工艺优化方法，利用ProCAST模拟仿真软件得到实际生产所需的凝固工艺参数，将计算机模拟仿真方法应用于材料加工制造领域可以优化生产工艺、大大提高生产效率、节约生产成本。通过ProCAST软件可以模拟仿真Fe‑Al‑Ta三元合金的定向凝固过程及其晶粒生长状态，通过设计建模，并调整模拟仿真参数，可以预测在不同定向凝固工艺参数下、不同成分的Fe‑Al‑Ta三元合金的凝固组织。本发明采用通过ProCAST软件进行模拟仿真的方法根据材料的使用性能来优化定向凝固工艺参数，从而获得所需要的凝固组织，并用以指导实际生产，能够节省大量的人力物力财力。

技术领域

本发明属于材料加工技术领域，特别涉及一种基于模拟仿真的Fe-Al-Ta三元合金定向凝固工艺优化方法。

背景技术

随着现代科技的发展和“智能制造时代”的到来，传统工业制造面临着一系列新兴技术的冲击，其中计算机技术的不断发展，为无数行业注入了新的发展动力。传统工业制造领域有着深厚的底蕴，如果能与潜力十足的计算机技术相结合，必定会涌起一波又一波新的前进浪潮，大大推动人类文明的进步。

目前，材料对于性能的要求越来越高且在各个领域的需求量也越来越大。在科研工作者的努力下，各种性能优良的复合材料层出不穷，但大多数高性能金属材料都伴随着高昂的生产成本，与可持续的绿色发展理念相差甚远，这对许多高性能金属材料的开发与生产造成了很大的阻力，因此急需在高性能金属材料的开发以及生产环节降低成本。

已有的研究发现，采用Bridgman定向凝固技术可以制备Fe-Al-Ta自生复合材料，共晶成分的Fe-Al-Ta三元合金在不同凝固速率下，具有不同的凝固组织特征：在低凝固速率下凝固的Fe-Al-Ta三元合金呈现层片状特征，较高速率时为棒状特征，随着凝固速率的进一步增大，则呈现为球状特征等。不同的凝固组织具有不同的性能。过去，研究人员通过设定各种定向凝固工艺参数，对定向凝固组织进行控制，而后进行金相实验以及各项性能测试，从而获得定向凝固工艺参数、组织及性能之间的关系。虽然该方法有着简单明了的结果，但过程却十分冗杂，而且大量的试制也会产生高额的人力物力财力消耗，导致其在使用范围上受到一定的制约。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于模拟仿真的Fe-Al-Ta三元合金定向凝固工艺优化方法，将计算机模拟仿真方法应用于材料加工制造领域，通过ProCAST软件模拟仿真，Fe-Al-Ta三元合金的定向凝固过程及其晶粒生长状态，通过设计建模，并调整模拟仿真参数，可以预测在不同定向凝固工艺参数下、不同成分的Fe-Al-Ta三元合金的凝固组织，从而对Bridgman定向凝固Fa-Al-Ta三元合金的凝固工艺参数进行优化，获取所期望的凝固组织，从而满足生产需要，大大降低其生产成本，节约资源，大大提高生产效率。本发明将传统工业制造与新兴计算机技术结合，能够进一步推动高性能材料制备技术的发展，解决高性能金属材料开发和生产成本高昂的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案具体步骤如下：

一种基于模拟仿真的Fe-Al-Ta三元合金定向凝固工艺优化方法，利用ProCAST模拟仿真软件得到实际生产所需的凝固工艺参数，具体步骤如下：

步骤1：根据所需材料的使用性能判定凝固组织特征。

判定方法为：材料服役中，要求其高温抗蠕变性能、抗断裂性能以及室温塑性良好时，则需要具有抗蠕变性能、抗断裂性能以及室温塑性良好特点的层片状凝固组织；要求其塑性、韧性、抗疲劳性能良好时，则需要具有塑性、韧性、抗疲劳性能良好特点的棒状凝固组织；要求其耐磨性良好、强度高时，则需要具有耐磨性能好、高强度特点的球状凝固组织。

步骤2：根据Bridgman定向凝固过程使用的主要设备确定模型参数，采用UG软件建立有限元模拟仿真模型.