Phase Lab鎳基粘度數(shù)據(jù)庫

實(shí)現(xiàn)合金液相粘度參數(shù)的可靠預(yù)測

動(dòng)力粘度是液態(tài)金屬與合金的關(guān)鍵熱物理性質(zhì)之一，對結(jié)構(gòu)變化和相變行為高度敏感，為研究金屬液態(tài)行為與物理特性之間的關(guān)聯(lián)提供了重要依據(jù)?；贑ALPHAD方法構(gòu)建鎳基高溫合金液相粘度數(shù)據(jù)庫，對于優(yōu)化鎳基合金的熔煉與凝固工藝具有重要意義，能夠有效減少氣孔、縮松等缺陷的產(chǎn)生。同時(shí)，該數(shù)據(jù)庫還可用于鎳基合金增材制造過程中打印參數(shù)的精確調(diào)控，從而提升產(chǎn)品質(zhì)量。此外，它也是鑄造過程數(shù)值模擬中不可或缺的關(guān)鍵模型參數(shù)。

Phase Lab團(tuán)隊(duì)基于CALPHAD計(jì)算框架，通過擬合單組元、二元及高元體系的液相粘度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，成功開發(fā)了鎳基合金液相粘度數(shù)據(jù)庫。當(dāng)前該數(shù)據(jù)庫已實(shí)現(xiàn)對多種商用鎳基合金粘度參數(shù)的可靠預(yù)測。

(一)單元系動(dòng)力粘度計(jì)算

基于CALPHAD理論框架，通過評估單組元液相粘度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立了單組元液相粘度的CALPHAD數(shù)據(jù)庫，能夠精確預(yù)測多種單一合金元素的動(dòng)力粘度。利用Phase Lab軟件結(jié)合該數(shù)據(jù)庫，計(jì)算了單組元液相粘度隨溫度的變化關(guān)系，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，具體結(jié)果如圖1所示。

圖1 單組元液相動(dòng)力粘度隨溫度的變化關(guān)系 (a)Ni；(b)Al；(c)Co；(d)Cr； (e)Mo；(f)Nb；(g)Ta；(h)Ti；(i)W (二)二元系動(dòng)力粘度計(jì)算

基于CALPHAD理論框架，評估二元系液相粘度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲取二元交互作用參數(shù)，實(shí)現(xiàn)不同二元系合金動(dòng)力粘度的計(jì)算需求。利用Phase Lab軟件結(jié)合該數(shù)據(jù)庫，計(jì)算了4個(gè)二元系液相動(dòng)力粘度隨溫度的變化關(guān)系，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，具體結(jié)果如圖2所示。

圖2 二元系液相粘度計(jì)算 (a)-(b) Al-Ni；(c)-(d) Co-Ni；(e) Cr-Ni；(f) Ni-Ta

(三)多元系粘度計(jì)算

為滿足真實(shí)鎳基合金的研發(fā)需求，在CALPHAD方法基礎(chǔ)上，通過建立多組元系合金粘度數(shù)據(jù)庫，可以實(shí)現(xiàn)商業(yè)鎳基合金以及其它多元系鎳基合金動(dòng)力粘度的計(jì)算。利用Phase Lab軟件結(jié)合粘度數(shù)據(jù)庫，計(jì)算了兩個(gè)三元系液相動(dòng)力粘度隨溫度的變化關(guān)系，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比，結(jié)果如圖3所示。

圖3 三元系液相粘度計(jì)算結(jié)果，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比

(a) Al-Nb-Ti；(b) Co-Cr-Mo

圖4計(jì)算了5種商業(yè)用鎳基合金的液相粘度，可以發(fā)現(xiàn)其計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的偏差在±10%以內(nèi)，這表明了當(dāng)前構(gòu)建的鎳基合金液相粘度數(shù)據(jù)庫在預(yù)測多元合金體系粘度參數(shù)方面的可靠性。

圖4 鎳基商業(yè)合金液相粘度計(jì)算值與實(shí)測值對比