[发明专利]一种基于金属热力学和合金元素建模的轧制工艺

说明书

本发明公开了一种基于金属热力学和合金元素建模的轧制工艺，涉及合金轧制技术领域。该工艺包括以下步骤：步骤一：合金成分优化设计和高通量试验，对合金主合金元素以及微合金化元素优化调整，根据材料基因组数据库确定合金主合金元素以及微合金化元素的种类和比例，并采用高通量的试验技术制备合金；步骤二：组织结构表征和性能测试，对合金元素的扩散行为和沉淀相的形成及演化行为进行多尺度的定量表征。本发明面向应用于应急装备轻量化所需的铝合金的强韧性不足等核心问题，通过调控合金元素比例，综合提升铝合金的强度和韧性，结合计算机软件实现铝合金的优化设计，实现新型高品质铝合金的研发。

技术领域

本发明涉及合金轧制技术领域，具体为一种基于金属热力学和合金元素建模的轧制工艺。

背景技术

目前铝合金的塑性加工技术主要还是集中在挤压和轧制工艺的开发优化。我国对轧制过程中各种工艺参数对组织结构影响了解的不够，对参数的精准控制水平不足，不能很好地调控轧制过程中温度、形变的均匀分布等，导致航空铝合金批次产品性能不稳定。

在铝合金轧制新技术研究方面，异步轧制是一种新兴的轧制技术，主要通过微观组织调控获得晶粒度具有一定分布特征的超细晶/纳米晶结构，同步提高板材的强度和韧性。异步轧制利用轧辊线速度不对称引入剪切力促进晶粒细化，具有降低生产成本、提高产品柔性潜能且有工业应用前景的新工艺，但目前尚缺乏相关的深入系统的基础理论研究。因此在深入研究异步轧制条件下变形机理的基础上，有针对性的调控微观组织，对于进一步提高板材综合力学性能具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于金属热力学和合金元素建模的轧制工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于金属热力学和合金元素建模的轧制工艺，该工艺包括以下步骤：

步骤一：合金成分优化设计和高通量试验，对合金主合金元素以及微合金化元素优化调整，根据材料基因组数据库确定合金主合金元素以及微合金化元素的种类和比例，并采用高通量的试验技术制备合金；

步骤二：组织结构表征和性能测试，对合金元素的扩散行为和沉淀相的形成及演化行为进行多尺度的定量表征，完成设计成分合金强度、延伸率等性能的测试与评估，结合微观组织的定量表征结果，分析各沉淀相在强韧化过程的作用参量；

步骤三：计算模拟与数据库建设，采用热力学以及扩散动力学软件计算合金相图热力学和扩散系数参数，结合微观相场模型研究合金元素的析出扩散行为；以位错理论为基础建立合金元素固溶析出的强韧化模型，建立合金热力学和合金元素-性能数据库；

步骤四：合金材料塑性加工，综合组织结构表征和性能测试数据以及合金热力学和合金元素-性能数据库，采用协同中心的设备研发制备高品质合金材料，采用普通轧制和挤压塑性加工方式，在不同工艺参数下进行轧制得到合金材料；

步骤五：热处理，对合金材料进行热处理。

更进一步地，所述步骤一中合金成分优化设计包括多元合金理论设计、高通量试验技术遴选成分和合金熔炼工艺优化，合金主合金元素以及微合金化元素的种类和比例利用材料基因组数据库，计算不同成分合金相图和性能数据得到。

更进一步地，所述步骤二中的组织结构表征在原子尺度：主要采用 3DAP、HAADF技术对原子团簇、界面等微结构基元进行表征，对特征结构的响应特性进行表征，在纳米尺度：主要采用 HRTEM、TEM 及附带的 EDS 技术开展沉淀相、界面的形态/结构一体化表征，并对特征组织的响应行为进行原位表征；采取SAXS技术对不同类型沉淀相的尺寸、数量进行定量或半定量统计，在微米尺度：通过SEM及附带 EDS 技术对大尺寸夹杂相的演化行为和组分演变进行原位协同表征，利用EBSD技术表征分析合金轧制变形过程中晶粒形貌与取向演变规律。

更进一步地，所述步骤四中采用以在不同温度、异步比等条件下轧制，分析异步轧制工艺对组织均匀性的影响规律为基础的开发快速细化晶粒组织的低成本异步轧制技术。