[发明专利]一种预测钛合金马氏体转变起始温度Ms点的计算方法

说明书

本发明涉及冶金铸造领域，涉及一种预测钛合金马氏体转变起始温度Ms点的计算方法，包括以下步骤：S1、获取钛合金β→α’马氏体相变过程中两相的Gibbs自由能数据并计算相变驱动力；S2、计算发生马氏体相转变及添加不同合金元素后引起的晶格畸变，求解不同温度下相转变、置换及间隙型三类弹性应变能，累加获得体系总弹性应变能；S3、建立预测钛合金马氏体转变起始温度Ms的计算模型；S4、预测常见二元Ti‑X钛合金及多元Ti‑Al‑V‑O系钛合金的马氏体转变起始温度Ms点。本发明能够预测钛合金中β→α’马氏体转变的起始温度，为钛合金在先进增材制造等制备过程中马氏体相变的研究与调控，进一步优化钛合金显微组织结构提供理论指导。

技术领域

本发明涉及冶金铸造领域，涉及一种预测钛合金马氏体转变起始温度Ms点的计算方法。

背景技术

钛合金作为一类传统的工程合金，具有低密度、强度高、耐高温及抗腐蚀等优点，被广泛应用于航空航天、航海及医疗等领域。钛合金多种多样的显微组织主要来源于丰富的加工制备过程。特别是随着近年来增材制造技术的发展与进步，节约加工成本与提高生产效率是热点研究的主题之一。然而，在钛合金具体打印过程中，“快速冷却”环节不可避免的生成α’及α”马氏体相，对于马氏体转变来说，马氏体生成的起始温度Ms点是极为重要的参数。同时，马氏体相的形成将与材料最终的力学性能密切相关。然而，考虑到马氏体相变速度极快，仅依赖实验方法难以表征且工作量庞大。为辅助合金的设计与性能优化，通过计算机模拟预测钛合金马氏体转变起始温度Ms点将对先进增材制造过程中马氏体相变的调控及进一步优化钛合金显微组织结构具有重要指导意义。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为设计及优化钛合金的显微组织及织构，本发明提供一种预测钛合金马氏体转变起始温度Ms点的计算方法，该方法为能够研究甚至调控钛合金中马氏体相变提供有效的预测方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案是：

一种预测钛合金马氏体转变起始温度Ms点的计算方法，包括以下步骤：

S1、获取钛合金β→α’马氏体相变过程中两相的Gibbs自由能数据并计算自由能差，获取相变驱动力；

S2、搜集各元素原子半径、纯组元剪切模量及钛合金晶格参数信息，计算发生马氏体相转变及添加不同合金元素后引起的晶格畸变，求解不同温度下马氏体转变、置换及间隙型三类弹性应变能，累加获得体系总弹性应变能；

S3、建立预测钛合金马氏体转变起始温度Ms的计算模型，对比不同温度下由热力学数据库中提取的相变驱动力与计算出的体系总弹性应变能，找到最小差值，确定钛合金马氏体转变起始温度；

S4、预测常见二元Ti-X钛合金及多元Ti-Al-V-O系钛合金的马氏体转变起始温度Ms点，与可检索到的实验数值进行对比验证。

所述的预测钛合金马氏体转变起始温度Ms点的计算方法，步骤S1包括以下内容：

钛合金中β→α’相变化学自由能驱动力表达式：

ΔG^β→α′＝G^β-G^α′≈G^β-G^α

其中，G^β与G^α′分别为β与α’相的Gibbs自由能，其与体系温度T(单位为℃)、合金元素c(单位为wt％)密切关联；待设定合金成分及温度区间后，通过Pandat商业热力学软件计算提取两相Gibbs自由能数据。

所述的预测钛合金马氏体转变起始温度Ms点的计算方法，考虑到马氏体相变是非平衡转变过程，这里用β→α转变自由能数据近似代替β→α’相变。