一种基于PSO-SVR的高硬度铝合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于PSO‑SVR的高硬度铝合金及其制备方法，按质量比组分由Si0.4‑0.5％、Fe0.4‑0.5％、Cu4‑5％、Mn0.8‑0.9％、Mg1.5‑2％、Ti0.1‑0.2％、Zn0.2‑0.3％、Cr0.1‑0.2％(其余为Al)组成。本发明专利技术通过所建的SVR计算模型寻优得到铝合金中各元素组分的最优值，可使得铝合金的维氏硬度达到最大值154GPa以上，比目前已知的最大值大；利用所建SVR模型可以获取铝合金各组分含量对其硬度的交互影响规律，以及铝合金硬度对于各组分含量的相对敏感度。本发明专利技术可以合成更高硬度的铝合金，节省大量的人力、物力、财力和时间，提升研发效果和缩短研发周期。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PSO-SVR的高硬度铝合金及其制备方法
本专利技术属于冶金
，尤其涉及一种基于PSO-SVR的高硬度铝合金及其制备方法。
技术介绍
随着科技的不断进步，高硬度材料，特别是高硬度合金材料在日常生产生活和科研中扮演着越来越重要的角色，研发新型超硬材料在材料科学领域是一个极具挑战性的研究课题，特别是高硬度的铝合金。高硬度材料在工业制造业的切削及超高速铣削等机床加工、刀具原材料的制造、制造轴承等方面具有重要的用途。高硬度材料具有机械强度高、抗压抗折、不易断裂、不易划伤等特点。而铝密度较小，虽然资源丰富，具有良好的加工性，并且广泛用于板、线、管等变形材料，但是纯铝的硬度不够高，和钢、铁、铜合金等有色金属相比明显处于劣势，在其表面易产生缺陷并且容易磨损。在很多情形下铝不能用于对强度要求高的场合，比如螺丝、螺帽、螺栓、齿轮等，这是铝在实际应用中的一大缺点。基于此，各种提高铝合金的硬度的工艺和方法被提出，人们期待通过掺入其他元素以大幅度提高铝材的硬度，从而有效扩大其应用领域。工业纯铝只适合做传热、导电元件，而不适合制作承受较大载体，目前常见提高其硬度的方法有：1.加工强化，加工强化也称作冷硬化，就是金属材料在再结晶温度以下冷变形加工如锻造、压延、拉拔、拉伸等，冷变形时，金属内部位错密度增大，且相互缠结并形成胞状结构，阻碍位错运动。变形度越大位错缠结越严重，变形抗力越大，强度越高。冷变形后强化的程度随变形度、变形温度及材料本身的性质而不同。同一材料在同一温度下冷变形时，变形度越大则强度越高，塑性则越低。2.固溶强化，在纯铝中添加某些合金元素形成无限固溶体或有限固溶体，不仅能获得高的强度，而且还能获得优良的塑性与良好的压力加工性能。在一般铝合金中固溶强化最常用的合金元素是铜、镁、锰、锌、硅、镍等元素。一般铝的合金化都形成有限的固溶体，如Al-Cu，Al-Mg，Al-Zn，Al-Si，Al-Mn等二元合金均形成有限固溶体，并且都有较大的极限溶解度能起较大的固溶强化效果。3.组织强化，在铝合金中添加微量元素以细化晶粒组织是提高铝合金力学性能的另一种重要手段。变形铝合金中添加微量钛、锆、铍、锶以及稀土元素，它们能形成难熔化合物，在合金结晶时作为非自发晶核，起细化晶粒作用，能提高合金的强度和塑性。4.过剩相强化，当铝中加入的合金元素含量超过其极限溶解度时，淬火加热时便有一部分不能溶入固溶体的第二相出现称之为过剩相。在铝合金中过剩相多为硬而脆的金属间化合物。它们在合金中起阻碍滑移和位错运动的作用，使其强度、硬度提高，而塑性、韧性降低。合金中过剩相的数量愈多，其强化效果愈好，但过剩相多时，由于合金变脆而导致强度、塑性降低。5.时效强化，铝合金热处理后可以得到过饱和的铝基固溶体。这种过饱和铝基固溶体在室温或加热到某一温度时，其强度和硬度随时间延长而增高，但塑性降低。这个过程就称时效。时效过程中使合金的强度、硬度增高的现象称为时效强化或时效硬化。上述方法中不同工艺、组分等都会直接影响所制备铝合金的硬度。实践中，人们往往通过线性/非线性/经验公式等方法建模，以寻求不同工艺/组分与所制备铝合金的硬度关系，用于指导相关实验。由于传统的线性/非线性/经验公式等方法所建模型的准确率不够高，往往实用性不够强。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于PSO-SVR的高硬度铝合金及其制备方法，旨在解决传统的线性/非线性/经验公式等方法所建模型的准确率不够高，往往实用性不强的问题。本专利技术是这样实现的，一种高硬度铝合金，该高硬度铝合金按质量比组分由Si0.4-0.5％、Fe0.4-0.5％、Cu4-5％、Mn0.8-0.9％、Mg1.5-2％、Ti0.1-0.2％、Zn0.2-0.3％、Cr0.1-0.2％(其余为Al)组成。本专利技术的另一目的在于提供一种所述高硬度铝合金的制备方法，该高硬度铝合金的制备方法是将支持向量回归(SVR)与粒子群寻优(PSO)相结合，建立一种新的基于配方的铝合金维氏硬度的有效SVR模型，并由此模型预测高硬度铝合金的最优组分及对应的最大硬度值，具体包括以下步骤：改变Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Ti、Zn、Cr元素含量，采用铝材常用制备法制备若干铝合金样品；测量所制备铝合金的维氏硬度，收集各铝合金中的Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Ti、Zn、Cr元素含量及对应的维氏硬度的相关实验数据，并建立合适的SVR计算模型；利用检验样本数据对所建SVR模型的准确性或可靠性进行评估，若所建SVR模型预测的平均绝对百分误差达到实用要求，则该模型可靠，否则改变或增加训练样本，重新训练以获得新的SVR模型，再利用未参与建模训练的检验样本数据对所建SVR模型进行检验，直到所建SVR模型的平均绝对百分误差达到实用要求为止，此时的SVR模型即为最优模型；利用上述优化的SVR模型，分析所建的SVR模型所揭示的各组分对铝合金硬度的影响规律；改变自变量(即铝合金各元素百分含量)值，经过格点扫描，获取具有最高维氏硬度的铝合金所具有的各成分含量。根据最优SVR模型所获铝合金最优组分值制备铝合金，测量其维氏硬度，与模型预测值进行对比验证。将所得产品应用到实际生产中。本专利技术提供的高硬度铝合金基于通过添加元素可以有效提高铝合金硬度。先经过改变添加元素的组分的若干次实验，得到不同组分的铝合金的硬度值，利用PSO-SVR建模找出各添加元素的含量与其硬度的定量关系，其准确率比传统线性/非线性/经验公式等方法所建模型的准确率高得多，最终获得具有最大硬度值的铝合金的最优元素组分/配方，利用最优元素组分/配方进行实验制备样品，经硬度测试达到预期要求后，即可投入实际使用；本专利技术中利用计算机进行计算分析，对铝合金的各元素组分的含量进行了建模及优化。从所建的SVR计算模型可以得到各元素组分对铝合金硬度值的影响规律，并可通过格点扫描获得使铝合金达到最大硬度值(154GPa以上)时各元素最优组分，经过对比，该最大值比目前已知的最大值(150.0GPa)要大4GPa，拓宽了高硬度铝合金材料的应用范围。本专利技术所建的SVR模型与现有技术比较存在的区别和具有的优势：本专利技术最大的优势是能通过所建的计算模型寻优得到铝合金中各元素组分的最优值，在这个配方下，可使得铝合金的硬度达到最大值154GPa以上，要比目前的已知的最大值要大；而传统的合成更高硬度的铝合金是需要做大量的实验来找到最佳的各元素组分的配方，这需要耗费大量的财力、物力、人力和时间；而本专利技术能做到避免盲目的工作，在本专利技术所建的SVR模型的理论指导下，指导合成更高硬度的铝合金，可以节省大量的人力、物力、财力和时间，提高新型高硬度铝合金的研发效率；在模型的准确度方面，与传统的LRM相比，本专利技术所建的SVR模型的训练和测试的误差都很小；所以本专利技术所建的SVR模型具有很好的可靠性；本专利技术所建的SVR模型比LRM模型能更准确地反映铝合金中各元素组分对铝合金材料硬度值的交互影响规律；此外，利用所建SVR模型，通过灵敏度分析，还能够发现铝合金材料硬度对哪种元素组分更为敏感。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于PSO-SVR的高硬度铝合金制备方法流程图；具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高硬度铝合金，其特征在于，该高硬度铝合金按质量比组分由Si0.4‑0.5％、Fe0.4‑0.5％、Cu4‑5％、Mn0.8‑0.9％、Mg1.5‑2％、Ti0.1‑0.2％、Zn0.2‑0.3％、Cr0.1‑0.2％、其余为Al组成。

【技术特征摘要】
1.一种高硬度铝合金，其特征在于，该高硬度铝合金按质量比组分由Si0.4-0.5％、Fe0.4-0.5％、Cu4-5％、Mn0.8-0.9％、Mg1.5-2％、Ti0.1-0.2％、Zn0.2-0.3％、Cr0.1-0.2％、其余为Al组成。2.一种如权利要求1所述高硬度铝合金的制备方法，其特征在于，该高硬度铝合金的制备方法是将SVR与PSO相结合，建立铝合金维氏硬度的有效SVR模型，并由此模型预测高硬度铝合金的最优组分及对应的最大硬度值，具体包括以下步骤：改变Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Ti、Zn、Cr元素含量，采用铝材常用制备法制备若干铝合金样品；测量所制备铝合金的维氏硬度，收集各铝合金中的Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Ti、Zn、Cr元素含量及对应的维氏硬度的相关实验数据，并建立合适的SVR计算模型；利用检验样本数据对所建SVR模型的准确性或可靠性进行评估，若所建SVR模型预测的平均绝对百分误差达到实用要求，则该模型可靠，否则改变或增加训练样本，重新训练以获得新的SVR模型，再利用未参与建模训练的检验样本数据对所建SVR模型进行检验，直到所建SVR模型的平均绝对百分误差达到实用要求为止，此时的SVR模型即为最优模型；利用上述优化的SVR模型，分析所建的SVR模型所揭示的各组分对铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡从中，丁奇峰，李艳华，欧政义，罗溢，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50