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专利号: 2023109833823
申请人: 安徽工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种铝合金成分设计方法,其特征在于,所述铝合金为选区激光熔化用铝合金包括:Al、Mg、Si、Zn、Cu、Sc,其中Mg 6.0‑9.0%;

其成分设计方法包括:

S1、预设Mg元素添加量,采用非平衡分配系数代替平衡分配系数,获得改进的Scheil公式,绘制T‑fs曲线;根据绘制的T‑fs曲线计算铝合金的开裂倾向指数;

S1具体包括:

S101:预设Mg元素添加量,确定铝合金成型凝固过程中,凝固界面前沿移动速度v;

S102:确定Mg原子在液态Al熔体中移动速度vD,计算方法如公式(1)其中DL为金属原子在液态Al熔体中的扩散速度,W为凝固界面前沿的宽度;

S103:按照公式(2)计算成型凝固过程中Mg原子的非平衡分配系数knon‑Mg;

其中keq‑Mg为Mg原子的平衡分配系数;

S104:利用非平衡分配系数knon‑Mg代替平衡分配系数keq‑Mg,获得改进的scheil公式(3)S105:根据改进的Scheil公式,绘制T‑fs曲线;

S106:由T‑fs曲线末端的斜率,计算预设Mg元素添加量下材料的开裂倾向指数Φ,计算方法如公式(4)所示其中,Δfs为T‑fs曲线末段区间内固相体积百分数变化量,Δk为该末段区间内T‑fs曲线斜率变化的绝对值;

S107:若开裂倾向指数Φ小于临界数值时Φc,则该Mg元素添加量不会引起凝固热裂纹,选定Mg元素添加量为该预设添加量;若开裂倾向指数Φ大于临界数值时Φc,通过添加Si元素,降低材料的开裂倾向,抑制凝固热裂纹;

S2、计算不同Si添加量时铝合金混合非平衡分配系数,采用混合非平衡分配系数代替平衡分配系数,获得改进的Scheil公式,绘制T‑fs曲线;根据绘制的T‑fs曲线计算不同Si添加量下铝合金的开裂倾向指数,确定Si元素添加量;

S2具体包括:

S201:确定Si原子在液态Al熔体中的移动速度vD,计算方法如公式(1);

S202:参照公式(2)计算成型凝固过程中Si原子的非平衡分配系数knon‑Si,公式(2)中的keq‑Mg适应地替换为keq‑Si,keq‑Si为Si原子的平衡分配系数;

S203:根据Mg、Si的非平衡分配系数,计算混合非平衡分配系数knon‑mix,计算方法如公式(5)S204:利用混合非平衡分配系数knon‑mix代替平衡分配系数keq,获得改进的scheil公式,如公式(6);

S205:根据改进的Scheil公式,绘制T‑fs曲线;

S206:由T‑fs曲线末段的斜率,计算材料的开裂倾向指数Φ,计算方法如公式(4);

S207:在开裂倾向指数Φ≤Φc前提下,选择最小Si添加量,即为该Mg添加量对应的Si元素添加量;

以上公式(3)和公式(6)中,Tm为合金对应的纯金属的熔点,TL为合金的液相线温度。

2.根据权利要求1所述铝合金成分设计方法,其特征在于,所述铝合金按照质量百分数包括:Mg 6.0‑9.0%、Si 0.6‑1.5%、Zn 0.1‑0.8%、Cu 0.1‑0.8%、Sc0.3%‑0.5%,余量为Al和不可避免的杂质。

3.根据权利要求2所述铝合金成分设计方法,其特征在于,所述铝合金按照质量百分数包括:Mg 7.6%、Si 0.6‑1.5%、Zn 0.6%、Cu 0.3%、Sc 0.3%,余量为Al和不可避免的杂质。

4.根据权利要求2所述铝合金成分设计方法,其特征在于,Si的质量百分数为0.6%。

5.根据权利要求2所述铝合金成分设计方法,其特征在于,单一杂质元素质量百分数<

0.1%,杂质元素质量百分数之和<0.3%。