本發(fā)明涉及合金成分設(shè)計的力學，尤其涉及一種鎳基高溫合金屈服強度預(yù)測模型、一種鎳基高溫合金屈服強度建模方法、一種鎳基高溫合金屈服強度建模裝置和一種鎳基高溫合金屈服強度建模系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、鎳基高溫合金因能在高溫環(huán)境下保持良好的強度、抗蠕變、抗疲勞、抗氧化和抗腐蝕性能，被廣泛應(yīng)用于燃氣輪機、航空發(fā)動機等熱端部件。獨特的性能源于獨特的微觀結(jié)構(gòu)，鎳基高溫合金包括多峰尺寸分布的l12沉淀物γ'和面心立方(fcc)基體γ。鎳基高溫合金的優(yōu)異屈服強度主要來源于晶界強化、固溶強化和γ'沉淀強化。對于這三種強化方法，已有許多研究人員進行了研究，并建立了比較良好的模型。

2、由于發(fā)動機極為復(fù)雜的使用環(huán)境，鎳基高溫合金所制成部件的幾何形貌也是更加復(fù)雜的。熔模鑄造作為傳統(tǒng)的加工方法雖然可以進行精密鑄造，但加工工藝較為冗雜、加工效率相對較低，并且對于復(fù)雜形狀部件的生產(chǎn)有一定局限性。激光粉末床熔融技術(shù)作為增材制造技術(shù)中的一種，可以加工復(fù)雜的幾何形狀，可以實現(xiàn)更少的加工工藝流程、具有更高的加工自由度和更高效的材料使用率。但是考慮到激光粉末床熔融技術(shù)具有的高溫度梯度、高冷卻速率以及循環(huán)加熱-冷卻的工藝特點，增材制造成形的鎳基高溫合金的顯微組織會與傳統(tǒng)工藝成形的鎳基高溫合金存在差異。因此，對于增材制造中的鎳基高溫合金成分設(shè)計而言，有必要針對增材制造成形工藝的鎳基高溫合金屈服強度進行建模。同時，傳統(tǒng)的鎳基高溫合金屈服強度模型沒有考慮到引入溫度變量來預(yù)測鎳基高溫合金在不同溫度下的屈服強度。然而，鎳基高溫合金應(yīng)用于不同的使用場景，針對不同使用環(huán)境的鎳基高溫合金成分設(shè)計的參考溫度往往不同。

3、因此，亟需一種可以適用于全溫度范圍的鎳基高溫合金的成分設(shè)計中的新型屈服強度模型，以提高鎳基高溫合金成分設(shè)計的效率。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、因此，為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的至少部分缺陷和不足，本發(fā)明實施例提供一種鎳基高溫合金屈服強度預(yù)測模型、一種鎳基高溫合金屈服強度建模方法、一種鎳基高溫合金屈服強度建模裝置和一種鎳基高溫合金屈服強度建模系統(tǒng)。

2、具體地，一方面，本發(fā)明實施例提供一種鎳基高溫合金屈服強度預(yù)測模型，其特征在于，包括：所述預(yù)測模型的計算表達式為：

3、

4、其中，t為溫度，fγ是γ相體積分數(shù)，βi是第i種原子的固溶強化系數(shù)，xi是第i種原子的濃度，f′是fγ′相體積分數(shù)。

5、

6、另一方面，本發(fā)明實施例提供的一種鎳基高溫合金屈服強度建模方法，包括：步驟1：對γ'沉淀強化模型公式進行簡化，建立一種概率相關(guān)的簡化γ'沉淀強化模型；步驟2：根據(jù)晶界強化貢獻、固溶強化貢獻和所述簡化γ'沉淀強化模型，建立用于鎳基高溫合金的成分設(shè)計中的屈服強度模型；步驟3：引入溫度變量和參數(shù)，根據(jù)所述屈服強度模型建立適用于全溫度范圍的新型屈服強度模型；步驟4：根據(jù)鎳基高溫合金成分設(shè)計中的屈服強度數(shù)據(jù)得到所述新型屈服強度模型的系數(shù)；步驟5：根據(jù)所述系數(shù)和所述新型屈服強度模型得到所述鎳基高溫合金的屈服強度模型公式。

7、在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述步驟4具體包括：步驟4.1：獲取在不同溫度下不同成分的鎳基高溫合金的屈服強度數(shù)據(jù)以及合金成分數(shù)據(jù)；步驟4.2：根據(jù)所述合金成分數(shù)據(jù)計算不同溫度下所述鎳基高溫合金中的γ基體相體積分數(shù)、γ基體相中各溶質(zhì)原子濃度和γ'強化相體積分數(shù)；步驟4.3：根據(jù)所述溫度、所述γ基體相體積分數(shù)、所述γ基體相中各溶質(zhì)原子濃度、所述γ'強化相體積分數(shù)和所述屈服強度數(shù)據(jù)得到所述系數(shù)。

8、在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述鎳基高溫合金的屈服強度模型公式為：

9、

10、其中，t為溫度，fγ是γ相體積分數(shù)，βi是第i種原子的固溶強化系數(shù)，xi是第i種原子的濃度，fγ′是γ'相體積分數(shù)。

11、

12、在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述步驟1具體包括：引入位錯以弱對耦合機制、強對耦合機制和orowan機制通過γ'沉淀相的概率以及平均強度，對γ'沉淀強化模型公式簡化得到簡化γ'沉淀強化模型。

13、在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述簡化γ'沉淀強化模型為：

14、

15、其中，m為泰勒因子，g為剪切模型，b為柏格斯矢量長度，pw、ps和po分別為位錯以弱對耦合機制、強對耦合機制和orowan機制通過γ'沉淀相的概率，rw、rs和ro分別為以位錯以弱對耦合機制、強對耦合機制和orowan機制通過的沉淀相的半徑，γapb為反向邊界能，fγ′為γ'相體積分數(shù)。

16、在本發(fā)明的一個具體實施例中，步驟2中的屈服強度模型公式為：

17、

18、其中，σ0為基礎(chǔ)屈服強度增加量，σgb為晶界強化貢獻的屈服強度增加量，σss為固溶強化貢獻的屈服強度增加量，σγ′為簡化γ'沉淀強化模型，k是霍爾-佩奇常數(shù)，d是平均晶粒尺寸，fγ是γ相體積分數(shù)，βi是第i種原子的固溶強化系數(shù)，xi是第i種原子的濃度，m為泰勒因子，g為剪切模型，b為柏格斯矢量長度，rw、rs和ro分別為以位錯以弱對耦合機制、強對耦合機制和orowan機制通過的沉淀相的半徑，γapb為反向邊界能，fγ′為γ'相體積分數(shù)。

19、在本發(fā)明的一個具體實施例中，所述步驟3中適用于全溫度范圍的所述新型屈服強度模型為：

20、

21、其中，a、o、b、p、c、q、k、g和j和h是待擬和的系數(shù)，t為溫度，fγ是γ相體積分數(shù)，βi是第i種原子的固溶強化系數(shù)，xi是第i種原子的濃度，fγ′為γ'相體積分數(shù)。

22、另一方面，本發(fā)明實施例還提供一種鎳基高溫合金屈服強度建模裝置，包括：數(shù)據(jù)采集模塊，用于獲取在不同溫度下不同成分的鎳基高溫合金的屈服強度數(shù)據(jù)以及合金成分數(shù)據(jù)；熱力學計算模塊，用于根據(jù)所述合金成分數(shù)據(jù)計算不同溫度下所述鎳基高溫合金中的γ基體相體積分數(shù)、γ基體相中各溶質(zhì)原子濃度和γ'強化相體積分數(shù)；模型優(yōu)化模塊，用于對γ'沉淀強化模型公式進行簡化得到概率相關(guān)的簡化γ'沉淀強化模型，根據(jù)晶界強化貢獻、固溶強化貢獻和所述簡化γ'沉淀強化模型，建立用于鎳基高溫合金的成分設(shè)計中的屈服強度模型，引入溫度變量和參數(shù)，根據(jù)所述屈服強度模型公式建立適用于全溫度范圍的新型屈服強度模型，并得到所述鎳基高溫合金的屈服強度模型公式。

23、再一方面，本發(fā)明實施例還提供一種鎳基高溫合金屈服強度建模系統(tǒng)，包括：處理器和與所述處理器連接的存儲器，所述存儲器中存儲有計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時執(zhí)行如上所述的鎳基高溫合金屈服強度建模方法。

24、由上可知，本發(fā)明實施例提供的鎳基高溫合金屈服強度建模方法，通過簡化γ'沉淀強化模型，根據(jù)晶界強化貢獻、固溶強化貢獻和所述簡化γ'沉淀強化模型建立鎳基高溫合金的成分設(shè)計中的屈服強度模型，引入溫度變量和參數(shù)，建立適用于全溫度范圍的新型屈服強度模型，并根據(jù)屈服強度數(shù)據(jù)得到相關(guān)系數(shù)，從而建立全溫度范圍的鎳基高溫合金的屈服強度模型公式，從而適用于全溫度范圍的鎳基高溫合金的屈服強度的預(yù)測，以提高鎳基高溫合金成分設(shè)計的效率。