镍基单晶高温合金条纹晶缺陷取向偏离预测方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114818164A(43)申请公布日2022.07.29(21)申请号202210223727.0B22D46/00(2006.01)(22)申请日2022.03.09B22C9/22(2006.01)G06F111/10(2020.01)(71)申请人清华大学G06F119/14(2020.01)地址100084北京市海淀区清华园1号(72)发明人许庆彦夏鹄翔冯秋水(74)专利代理机构北京林达刘知识产权代理事务所(普通合伙)11277专利代理师刘新宇(51)Int.Cl.G06F30/17(2020.01)G06F30/23(2020.01)G06F30/25(2020.01)G16C60/00(2019.01)G16C10/00(2019.01)B22D27/04(2006.01)权利要求书2页说明书10页附图5页(54)发明名称镍基单晶高温合金条纹晶缺陷取向偏离预测方法(57)摘要本公开涉及一种镍基单晶高温合金条纹晶缺陷取向偏离预测方法。该方法包括：获取镍基单晶高温合金在不同温度下的热力学数据；根据热力学数据，采用数值模拟方法模拟镍基单晶高温合金定向凝固形成的枝晶的三维生长形貌；基于三维生长形貌，通过空间拓扑运动算法模拟镍基单晶高温合金中的枝晶在断裂后的取向偏离形态；基于取向偏离形态，展示镍基单晶高温合金中条纹晶的三维形态。能有效预测镍基单晶高温合金中断裂枝晶在周围枝晶的限制下所能够形成的最大取向偏离角度，展示条纹晶缺陷的三维形貌，有效解决相关技术中所采用的实验方法耗时长、成本高、效果差的问题。CN114818164ACN114818164A权利要求书1/2页1.一种镍基单晶高温合金条纹晶缺陷取向偏离预测方法，其特征在于，所述方法包括：获取镍基单晶高温合金在不同温度下的热力学数据；根据所述热力学数据，采用数值模拟方法模拟所述镍基单晶高温合金定向凝固形成的枝晶的三维生长形貌；基于所述三维生长形貌，通过空间拓扑运动算法模拟所述镍基单晶高温合金中的所述枝晶在断裂后的取向偏离形态和最大取向偏离角度；基于所述取向偏离形态，展示所述镍基单晶高温合金中条纹晶的三维形态。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取镍基单晶高温合金在不同温度下的热力学数据，包括：利用热力学数据库以及热力学计算软件，计算出所述镍基单晶高温合金在不同温度下的热力学数据；其中，所述热力学数据库包括镍基高温合金数据库，所述热力学计算软件包括Pandat热力学计算软件。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述热力学数据，采用数值模拟方法模拟所述镍基单晶高温合金定向凝固形成的枝晶的三维生长形貌，包括：根据所述热力学数据，采用数值模拟方法模拟所述镍基单晶高温合金在预设的抽拉速度和温度梯度下定向凝固形成的枝晶的三维生长形貌；其中，所述数值模拟方法包括含有GPU加速算法的三维相场模拟方法。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述热力学数据，采用数值模拟方法模拟所述镍基单晶高温合金在预设的抽拉速度和温度梯度下定向凝固形成的枝晶的三维生长形貌，包括：设定所述镍基单晶高温合金组织生长计算域网格的尺寸和数目，并在所述计算域网格的最底层随机设置预设枝晶晶粒数量的枝晶晶粒；按照所述抽拉速度和所述温度梯度模拟所述镍基单晶高温合金的定向凝固，以使所述晶粒在定向凝固过程中从所述最底层向上生长成枝晶；在定向凝固过程中，计算所述枝晶在所述计算域网络中的三维生长形貌；其中，若所述枝晶在所述计算域网络中的生长高度大于预设高度阈值，则去除所述计算域网格中当前的最低层网格，并在所述计算域网络中当前的最高层网格之上新增一层网格，新增的一层网格为纯液相层。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算域网格中网格的边长为0.8微米‑1.2微米，所述计算域网格中的任意一边上网格的数量为128‑1024，所述预设枝晶晶粒数量为80‑300，所述预设高度阈值为所述计算域网格的高度的70％‑90％；所述抽拉速度为10μm/s‑500μm/s，所述温度梯度可以为50K/mm‑400K/mm。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述三维生长形貌，通过空间拓扑运动算法模拟所述镍基单晶高温合金中的所述枝晶在断裂后的取向偏离形态和最大取向偏离角度，包括：基于所述三维生长形貌和预设的枝晶断裂时截面的模拟固相率，通过空间拓扑运动算法模拟所述镍基单晶高温合金中的所述枝晶在断裂后的取向偏离形态和最大取向偏离角度。2CN114818164A权利要求书2/2页7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述模拟固相率为0.1‑0.8。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空间拓扑运动算法包括旋转弯折拓扑矩阵，所述旋转弯折拓扑矩阵