[发明专利]一种测定Al-Si-Y三元系合金相图用计算机辅助的方法

说明书

本发明公开了一种测定Al‑Si‑Y三元系合金相图用计算机辅助的方法，该方法通过在现有文献的基础上建立Al‑Si‑Y三元合金的相图热力学数据库；计算模拟三元合金相图并预测三元相图中垂直界面实验点与计算所获得三元相图的符合程度；验证实验得到的垂直截面实验点与预测计算所获得的数据的结果基本一致，这表明经过验证的热力学描述有助于Al‑Si‑Y三元体系合金富铝端的微观结构设计；最后根据实验验证后的Al‑Si‑Y合金相图热力学数据库，以此为工艺条件，指导Al‑Si‑Y合金进行生产。该方法大大减少了新型合金工艺设计的研发周期和成本，提高工作效率，对新型高性能材料的设计和生产具有重要的指导价值。

技术领域

本发明涉及计算机辅助技术领域，具体是一种测定Al-Si-Y三元系合金相图用计算机辅助的方法。

背景技术

铸造铝硅合金具有耐磨性、耐热性、耐腐蚀、热膨胀系数小和体积稳定性好，以及在广泛的温度范围下具有优异的机械性能等特点，是制造气缸和活塞的理想材料，广泛应用于军用、汽车和一般工程工业。而当在Al-Si合金中加入金属元素Y时，会形成一种隔热涂层材料附着于合金表面，使得合金的耐磨性、耐热性、耐腐蚀等各种性能得到进一步提高。近年来，Al-Si-Y合金因其独特的性能而倍受关注。然而，关于铝硅钇体系合金的相平衡报道有限。为了能更加有效地提高Al-Si-Y合金材料的性能和设计实验，需要了解其准确的相图和热力学数据。

目前，Al-Y二元体系最新发表的实验相图数据和严格评估的文献数据相结合，发现计算得到的相图和热力学性质与实验结果吻合较好，可以作为最佳的热力学数据库。而Si-Y二元体系也是进行了最新重新的评估和优化，得到了更加完善的Si-Y二元体系热力学数据。通过耦合了最新Al-Y和Si-Y两个二元系统的热力学数据库，得到了相对完整的Al-Si-Y三元系的热力学数据库；还对Al-Si-Y三元系相图富铝端进行了部分的实验，发现与计算得到的相图基本吻合，从而验证了所耦合Al-Si-Y三元系热力学数据的准确性。

因此，为了完整地了解Al-Si-Y三元合金体系的相平衡和凝固过程，为进一步的Al-Si-Y三元合金体系的材料设计提供基础，本申请通过实验和相图计算对Al-Si-Y三元合金体系进行研究，经过对该体系的文献调研，确定Al-Si-Y三元体系非富铝端在热力学方面的实验数据缺口，结合实际应用，确定了实测温度为500℃下的等温截面。在获得完整的相图信息后，将为后续建立该体系的热力学数据库以及计算优化该体系的热力学数据，进而为设计高性能铝合金奠定实验基础。

发明内容

本发明的目的在于克服Al-Si-Y三元系合金在500℃下等温截面相图的不足，而提供一种测定Al-Si-Y三元系合金相图用计算机辅助的方法。

实现本发明目的的技术方案是：

一种测定Al-Si-Y三元系合金相图用计算机辅助的方法，包括如下步骤：

1）在现有文献的基础上建立Al-Si-Y三元合金的相图热力学数据库：

基于收集文献报道的Al-Si-Y三元合金体系及其边际二元系的各相吉布斯自由能，构建Al-Si-Y三元合金体系的相图热力学数据库；

再通过收集文献中Al-Si-Y合金体系液相、Fcc相、Bcc相和HCP相的热力学数据信息以及现有的三元化合物热力学参数，从而获得Al-Si-Y合金完整的热力学数据信息；

采用Thermo-Calc-2018a软件，建立Al-Si-Y合金体系液相、Fcc相、Bcc相和Hcp相的Al-Si-Y三元参数热力学数据库，最终形成Al-Si-Y三元合金的相图热力学数据库；

2）计算模拟三元合金相图并预测三元相图中垂直界面实验点与计算所获得三元相图的符合程度：

根据步骤1）建立的三元合金相图热力学数据库，采用Thermo-Calc-2018a软件计算模拟得到Al-Si-Y合金等温截面与相关垂直截面的相图；