本发明涉及铝合金热处理时效形核率的求解方法,特别涉及一种基于ttp曲线求解时效形核率的方法。
背景技术:
1、7xxx铝合金具有比强度高、可加工性好、断裂韧性优异、耐疲劳、耐腐蚀等特点。然而,7xxx铝合金的高硬度、高强度等性能主要是通过固溶、淬火、时效强化获得,可进行热处理强化的铝合金,其固溶淬火后固溶体的过饱和固溶度是后续时效强化的决定性因素,又因为淬火敏感性是描述铝合金过饱和固溶体的分解对淬火冷却速度的敏感程度,为了提高时效强化的效果以及时效强化效率,需要研究淬火敏感性对时效形核率的影响。
2、目前,关于时效形核率影响因素的研究主要涉及时效温度以及时效过程中原子浓度的变化,鲜有人研究淬火敏感性对时效形核率的影响规律,以此来提高时效强化效果和时效强化效率。
技术实现思路
1、为了研究淬火敏感性对时效形核率的影响规律,本发明提供一种基于ttp曲线求解时效形核率的方法,为改进和控制7xxx铝合金热处理过程,达到提高时效强化效果和时效强化效率。
2、本发明采用以下技术方案实现上述目的。一种基于ttp曲线求解时效形核率的方法,其步骤如下:
3、步骤一:基于ttp曲线、cct曲线、ttt曲线研究合金的淬火敏感性:
4、其中:ttp曲线的孕育期用于研究合金的淬火敏感性;cct曲线的临界冷却速率用于研究合金的淬火敏感性;ttt曲线的gp区、η′、η的孕育期用于研究合金的淬火敏感性;
5、步骤二:建立重要参数模型;
6、s01:相变能垒参数模型的建立:
7、
8、式中,t1是ttp曲线的鼻尖温度与渐近线延伸的交点处的时间;t2是ttp曲线鼻尖温度的孕育时间;r是气体常数;tr是ttp曲线的鼻尖温度;
9、经整理可得相变能垒的计算表达式为:
10、
11、s02:扩散激活能qd参数模型的建立:
12、
13、式中,v是振动频率因子;nv是单位体积上非均匀形核位置的总数;是相变能垒;qd是扩散激活能;t是时效温度。
14、
15、式中,c1、c2是动力学常数;是相变能垒;qd是扩散激活能;
16、
17、
18、qd=kr (7)
19、式中,k是ttp曲线下渐近线的斜率;r是气体常数;
20、s03:特征材料参数a0模型的建立:
21、
22、式中,na是阿伏伽德罗常数;γn是析出相与基质之间的界面能;δgv是体积自由能;s(θ)是形状因子;
23、δgv=c3(td-tp)/td (9)
24、式中,c3是动力学常数;td是理论结晶温度;tp是实际结晶温度;
25、
26、式中,a0是特征材料常数;teq是ttp曲线的最高温度;tr是ttp曲线的鼻尖温度;
27、经整理得特征材料常数的表达式为:
28、
29、式中,teq是ttp曲线中淬火的初始温度;tr是参考温度,是ttp曲线中的鼻尖温度;t2是鼻尖温度对应的孕育时间;t1是ttp曲线的鼻尖温度与渐近线延伸的交点处的时间;
30、步骤三:求解相变能垒扩散激活能qd、特征材料参数a0:
31、步骤四:建立时效形核率模型:
32、s01:时效形核率模型的建立:
33、
34、式中,j0是指数前项,这里j0=3.07×1036;a0是特征材料常数;t是时效温度;cm是固溶温度下基体中溶解zn原子的浓度;ce是时效温度下,基体中能够溶解zn原子的浓度;qd是扩散激活能;r是摩尔气体常数,其值为r=8.314;
35、步骤五:计算不同温度下的时效形核率:
36、s01:确定参数a0和qd的值;
37、s02:确定时效温度为100℃-200℃时al基体与析出相中zn原子的浓度;
38、s03:最后计算出形核率的大小。
39、本发明通过ttp曲线来计算影响时效形核率的三个重要参数,进一步求解时效形核率的大小,从而得到了淬火敏感性对时效形核率的影响。通过ttp曲线、cct曲线、ttt曲线研究合金的淬火敏感性,然后基于ttp曲线求解了影响时效形核率的参数,最后根据时效形核率模型计算了不同时效温度下的形核率,为7xxx铝合金热处理提供了操作计算依据,有效提高了生产效率和产品质量。
1.一种基于ttp曲线求解时效形核率的方法,其特征在于,步骤如下: