[发明专利]一种基于余氏理论的钛合金β相高温固溶组织模拟方法

说明书

本发明涉及一种基于余氏理论的钛合金β相高温固溶组织模拟方法，利用钛合金成分及余氏理论计算的电子结构参数，建立钛合金β相高温固溶的原子团簇可能比例份额公式，得出不同固溶温度下各原子团簇形核点数目表征方法，提出基于原子团簇结合能或最强共价键上的共用电子对数及生命游戏规则的β相高温晶粒长大规则，在计算机上可以进行钛合金β相高温固溶组织模拟。本发明方法计算成本低、模拟精度高、模拟过程物理意义明确。

技术领域

本发明属于钛合金组织模拟领域，具体涉及一种基于余氏理论的钛合金β相高温固溶组织模拟方法。

背景技术

钛及钛合金具有比强度高、耐腐蚀、生物相容性好以及优异的高温稳定性等性能，被广泛应用于航空航天、化学工业、舰船、生物医疗等领域，钛合金组织性能研究也备受关注。当前，物理冶金模型、神经元网络、元胞自动机、相场模拟等广泛应用到钢铁合金组织模拟中，这些模拟方法因其各自局限性，在指导材料成分—制备工艺—组织间的优化匹配中仍很难广泛应用，使得钛合金中组织模拟方法研究仍不深入。另外,基于余氏理论的钛合金组织模拟目前更是没有相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于余氏理论的钛合金β相高温固溶组织模拟方法，可在计算机上实现组织模拟与晶粒尺寸测量，实现钛合金成分—制备工艺—组织间的优化匹配，解决了现有技术中钛合金组织性能研究存在局限性的问题。

本发明技术方案如下：

一种基于余氏理论的钛合金β相高温固溶组织模拟方法，包括如下步骤：

步骤1、将钛合金成分的质量百分数转化为原子百分数；

步骤2、利用余氏理论计算钛合金中β-Ti-Al、β-Ti-Al-M、β-Ti-M原子团簇电子结构，即结合能、最强共价键上的公用电子对数；

其中C^Al为Al的原子分数，C^M为不包括Al在内的合金原子分数，z为合金元素种类数；P为参数，与Al的含量有关，P＝1.0～2.0；AP代表各原子团簇的结合能或最强共价键上的公用电子对数；

步骤3、利用β相高温原子团簇可能比例份额计算元胞空间Nx×Ny中β相形核点数目，计算公式为

其中，N_j为j种原子团簇的不考虑温度的形核点数目；F_j为j种原子团簇的可能比例份额，见公式(1)；

利用原子团簇结合能建立不同固溶温度下各原子团簇在元胞空间Nx×Ny中的形核点数目，计算公式为

其中S_j为j种原子团簇不同固溶温度的形核点数目；K_p＝1000～1444；T为固溶温度，K；Ec为j种原子团簇结合能；R为摩尔气体常数；

步骤4、将步骤3计算的不同固溶温度的形核点数目按照生命游戏规则进行生长，在晶粒生长过程中，根据原子团簇结合能或最强共价键上的共用电子对数的大小确定形核点长大与消失的概率，并进行排序；

步骤5、将公式(1)至(3)以及生命游戏规则编制成计算机程序，向计算机程序中输入步骤3所得的形核点数目，然后按照计算步长范围进行模拟，模拟出钛合金β相高温固溶组织图。

所述的步骤4中，将形核点能长大的形核数目归入到形核点生长模块，将形核点消失的形核数目归入到形核点消失模块。

所述的步骤5中，同时获得晶粒尺寸的统计结果。

本发明的优点及有益效果是：

1.本发明可以在计算机上实现钛合金不同固溶温度的组织模拟，这为优化钛合金固溶处理温度参数提供了较好的方法手段。