【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及增材制造以及焊接熔池枝晶生长分析领域，尤其涉及一种预测合金焊接熔池枝晶臂枝尖沿凝固路径的生长速度的方法。
技术介绍
1、枝晶是金属凝固过程中形成的晶体结构，枝晶生长方向对材料力学性能有着显著影响。预测合金焊接熔池枝晶臂枝尖生长速度的变化规律能够为分析和改善凝固材料的力学、电学及化学性能提供重要的依据，所以对枝晶臂尖端生长变化过程进行研究很有必要。分析凝固过程中枝晶臂枝尖的生长速度沿凝固路径的变化对分析晶体形貌有重要理论意义和现实意义。
2、目前，计算枝晶尖端的生长速度的经典理论模型有kurz、giovanola、trived三人基于界面稳定性理论研究枝晶尖端的溶质平衡建立的kgt模型。该模型假设枝晶尖端是理想状态下的抛物线形状且生长速度很稳定，可以很好地描述枝晶尖端半径和曲率半径的关系。但是该模型不能从动力学的角度精准模拟整个枝晶的生长状态，且其无法得到凝固过程中枝晶臂尖端的生长速度沿凝固路径的演变规律，以及凝固过程中同一凝固位置点的枝晶臂尖端的生长速度随焊接速度的变化情况。因此，需要寻找一种可以预测合金焊接熔池枝晶臂枝尖沿凝固路径的生长速度的方法。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提供了一种可以预测合金焊接熔池枝晶臂枝尖沿凝固路径的生长速度的方法，为分析和改善凝固材料的力学、电学及化学性提供重要的依据。
2、本专利技术解决上述问题的技术方案如下：
3、一种预测合金焊接熔池枝晶臂枝尖沿凝固路径的生长速度的方法，包括以下步
4、s1、获取所述合金的热物性参数、焊接速度vw；所述所述合金的热物性参数包括：合金凝固前的初始溶质浓度c0、gibbs–thomson系数г、溶质在液相中的扩散系数dl、液相线的斜率ml、溶质的平衡分配系数k；
5、s2、根据焊接速度vw和焊接速度方向与凝固路径晶粒生长方向之间的夹角α计算得到合金凝固过程中沿凝固路径的晶粒生长速率r；
6、s3、根据合金凝固过程中沿凝固路径的晶粒生长速率r、溶质在液相中的扩散系数d，计算得到焊接凝固过程中固液界面前缘溶质扩散长度ξd的估计值；
7、s4、根据合金凝固前的初始溶质浓度c0、溶质的平衡分配系数k、合金凝固过程中沿凝固路径的晶粒生长速率r、凝固路径的长度ξ、溶质在液相中的扩散系数dl，计算得到焊接凝固过程中在固液界面的液体中的溶质浓度clmax；
8、s5、根据焊接凝固过程中在固液界面的液体中的溶质浓度clmax、焊接凝固过程中固液界面前缘溶质扩散长度ξd、凝固路径的长度ξ、合金凝固前的初始溶质浓度c0、溶质在液相中的扩散系数dl、合金凝固过程中沿凝固路径的晶粒生长速率r，计算得到焊接凝固过程中在前进的固液界面的溶质浓度cl(ξd)；
9、s6、根据焊接凝固过程中在前进的固液界面的溶质浓度cl(ξd)、焊接凝固过程中在固液界面的液体中的溶质浓度clmax、液相线的斜率ml，计算得到合金凝固过程中的成份过冷δt；
10、s7、根据合金凝固过程中的成份过冷δt、凝固路径的长度ξ，计算得到合金凝固过程中沿凝固路径的晶粒的连续生长限制因数qc；
11、s8、根据合金凝固前的初始溶质浓度c0和溶质的平衡分配系数k，计算得出合金凝固过程中枝晶尖端液相溶质浓度cl；
12、s9、根据液相线的斜率ml、合金凝固前的初始溶质浓度c0和溶质的平衡分配系数k，计算得到合金凝固过程中生长限制因子q；
13、s10、根据溶质在液相中的扩散系数dl、合金凝固过程中的成份过冷δt、gibbs–thomson系数г、液相线的斜率ml和合金凝固前的初始溶质浓度c0和溶质的平衡分配系数k，计算得到合金凝固过程中沿凝固路径的一次枝晶臂枝尖的生长速度vy；根据溶质在液相中的扩散系数dl、合金凝固过程中的成份过冷δt、gibbs–thomson系数г、液相线的斜率ml和合金凝固前的初始溶质浓度c0，得到所述合金凝固过程中沿凝固路径的二次枝晶臂枝尖的生长速度vx。
14、作为优选，所述步骤s2中：焊接速度方向与凝固路径晶粒生长方向之间的夹角α，可根据凝固点至焊接点的水平距离x和凝固点至焊接点的垂直距离y通过公式(1)计算得到，所述合金凝固过程中沿凝固路径的晶粒生长速率r通过公式(2)计算得到；
15、
16、r＝vwcosα (2)。
17、作为优选，所述凝固点至所述焊接点的水平距离x和凝固点至焊接点的垂直距离y的关系可通过公式(3)得到；
18、
19、作为优选，所述步骤s3中：焊接凝固过程中固液界面前缘溶质扩散长度ξd的估计值可通过公式(4)得到；所述步骤s4中：焊接凝固过程中在固液界面的液体中的溶质浓度clmax可通过公式(5)得到；
20、
21、
22、作为优选，所述步骤s5中焊接凝固过程中在前进的固液界面的溶质浓度cl(ξd)可通过公式(6)得到；
23、
24、作为优选，所述步骤s6中合金凝固过程中的成份过冷δt可通过公式(7)得到；
25、δt＝ml(cl(ξd)-clmax) (7)。
26、作为优选，所述步骤s7中合金凝固过程中沿凝固路径的晶粒的连续生长限制因数qc可通过公式(8)得到；
27、
28、作为优选，所述步骤s8中合金凝固过程中枝晶尖端液相溶质浓度cl可通过公式(9)得到；
29、
30、作为优选，所述步骤s9中合金凝固过程中生长限制因子q可通过公式(10)得到；
31、q＝mlc0(k-1) (10)。
32、作为优选，所述步骤s10中：合金凝固过程中沿凝固路径的一次枝晶臂枝尖的生长速度vy可通过公式(11)得到；所述合金凝固过程中沿凝固路径的二次枝晶臂枝尖的生长速度vx可通过公式(12)得到；
33、
34、
35、本专利技术具有以下有益效果：
36、本专利技术利用枝晶尖端生长速度和过冷度以及连续生长限制因数之间的关系来分析枝晶尖端生长速度的演变规律，实现对凝固过程沿凝固路径枝晶生长速度的实时测算，为分析和改善凝固材料的力学、电学及化学性提供了重要的依据。
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1.一种预测合金焊接熔池枝晶臂枝尖沿凝固路径的生长速度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种预测合金焊接熔池枝晶臂枝尖沿凝固路径的生长速度的方法，其特征在于，所述步骤S2中：焊接速度方向与凝固路径晶粒生长方向之间的夹角α，可根据凝固点至焊接点的水平距离x和凝固点至焊接点的垂直距离y通过公式(1)计算得到，所述合金凝固过程中沿凝固路径的晶粒生长速率R通过公式(2)计算得到；
3.根据权利要求2所述的一种预测合金焊接熔池枝晶臂枝尖沿凝固路径的生长速度的方法，其特征在于，所述凝固点至所述焊接点的水平距离x和凝固点至焊接点的垂直距离y的关系可通过公式(3)得到；
4.根据权利要求1所述的一种预测合金焊接熔池枝晶臂枝尖沿凝固路径的生长速度的方法，其特征在于，所述步骤S3中：焊接凝固过程中固液界面前缘溶质扩散长度ξd的估计值可通过公式(4)得到；所述步骤S4中：焊接凝固过程中在固液界面的液体中的溶质浓度CLmax可通过公式(5)得到；
5.根据权利要求1所述的一种预测合金焊接熔池枝晶臂枝尖沿凝固路径的生长速度的方法，其
6.根据权利要求1所述的一种预测合金焊接熔池枝晶臂枝尖沿凝固路径的生长速度的方法，其特征在于，所述步骤S6中合金凝固过程中的成份过冷ΔT可通过公式(7)得到；
7.根据权利要求1所述的一种预测合金焊接熔池枝晶臂枝尖沿凝固路径的生长速度的方法，其特征在于，所述步骤S7中合金凝固过程中沿凝固路径的晶粒的连续生长限制因数Qc可通过公式(8)得到；
8.根据权利要求1所述的一种预测合金焊接熔池枝晶臂枝尖沿凝固路径的生长速度的方法，其特征在于，所述步骤S8中合金凝固过程中枝晶尖端液相溶质浓度CL可通过公式(9)得到；
9.根据权利要求1所述的一种预测合金焊接熔池枝晶臂枝尖沿凝固路径的生长速度的方法，其特征在于，所述步骤S9中合金凝固过程中生长限制因子Q可通过公式(10)得到；
10.根据权利要求1所述的一种预测合金焊接熔池枝晶臂枝尖沿凝固路径的生长速度的方法，其特征在于，所述步骤S10中：合金凝固过程中沿凝固路径的一次枝晶臂枝尖的生长速度vy可通过公式(11)得到；所述合金凝固过程中沿凝固路径的二次枝晶臂枝尖的生长速度vx可通过公式(12)得到；
...【技术特征摘要】
1.一种预测合金焊接熔池枝晶臂枝尖沿凝固路径的生长速度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种预测合金焊接熔池枝晶臂枝尖沿凝固路径的生长速度的方法，其特征在于，所述步骤s2中：焊接速度方向与凝固路径晶粒生长方向之间的夹角α，可根据凝固点至焊接点的水平距离x和凝固点至焊接点的垂直距离y通过公式(1)计算得到，所述合金凝固过程中沿凝固路径的晶粒生长速率r通过公式(2)计算得到；
3.根据权利要求2所述的一种预测合金焊接熔池枝晶臂枝尖沿凝固路径的生长速度的方法，其特征在于，所述凝固点至所述焊接点的水平距离x和凝固点至焊接点的垂直距离y的关系可通过公式(3)得到；
4.根据权利要求1所述的一种预测合金焊接熔池枝晶臂枝尖沿凝固路径的生长速度的方法，其特征在于，所述步骤s3中：焊接凝固过程中固液界面前缘溶质扩散长度ξd的估计值可通过公式(4)得到；所述步骤s4中：焊接凝固过程中在固液界面的液体中的溶质浓度clmax可通过公式(5)得到；
5.根据权利要求1所述的一种预测合金焊接熔池枝晶臂枝尖沿凝固路径的生长速度的方法，其特征在于，所述步骤s5中焊接凝固过程中在前进的固液界面的溶...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹博，徐汕汕，金立全，王嘉乐，束龙，秦凯，苗浩浩，
申请(专利权)人：浙江海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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