【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于合金热处理，尤其是涉及一种多元合金固相扩散系数的确认方法、设备及介质。
技术介绍
1、均匀化热处理作为提高锭坯的冶金质量及力学性能的手段，自从20世纪40年代出现以来，已经得到了很大的发展，已经成为了提高锭坯的冶金质量的最重要方法。锭坯经过凝固过程后，铸态组织存在严重的枝晶干-枝晶间的元素偏析，为此需要适当的均匀化热处理方法消除枝晶偏析，获得均匀的组织结构，从而充分发挥其性能。
2、均匀化热处理的微观过程为枝晶干与枝晶间的元素互扩散，因而合金元素的扩散系数关系到均匀化热处理制度的制定。对于复杂多元成分合金，均匀化处理过程中通常使用传统的枝晶均匀化正弦解模型来描述枝晶的浓度分布，初始浓度分布即枝晶偏析扩散均匀化的初始条件，运用该模型计算二次枝晶臂与枝晶间的元素偏析扩散系数，但实际均匀化过程仍然包含一次枝晶干与枝晶间的元素互扩散，其浓度分布与正弦曲线形状有较大差异，传统的正弦解模型不能满足需求，应该寻找更加适合的枝晶偏析均匀化模型，用以计算扩散系数从而指导均匀化热处理制度的制定。
3、文献homogenization behavior of in 718superalloy prepared by electronbeam layered solidification technology(https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.05.109)提出了基于一维菲克扩散第二定律的解，给出了合金元素在枝晶之间的分布，以描述均质化过程中微偏析的消除。但是该文章采用线性模型
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种多元合金固相扩散系数的确认方法、设备及介质。本专利技术所提出多元合金固相扩散系数的确认方法利用了高斯解模型，相较于传统正弦解模型，该方法更加符合实际的枝晶干-枝晶间的元素浓度分布。准确测定合金固相扩散系数，通过对合金均匀化热处理前后进行元素浓度分布进行定量表征，运用枝晶偏析均匀化模型，获得了合金中元素的扩散系数，有望为复杂多元成分合金的均匀化处理提供更准确的指导，准确的降低偏析，最终改善其性能。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本专利技术第一方面提供了一种多元合金固相扩散系数的确认方法，包括：
4、对所述多元合金进行均匀化处理，根据所述多元合金的成分确认所述多元合金的均匀化时间和均匀化温度，均匀化处理后进行表征获得所述多元合金中偏析元素的元素浓度，得到该均匀化时间和均匀化温度下的偏析比，并通过偏析比得到多元合金固相扩散系数。
5、进一步的，获得所述多元合金中偏析元素的元素浓度的方法为：
6、利用电子探针微量分析波长色散光谱对所述多元合金中偏析元素的均匀化处理过程进行分析处理，得到偏析元素在该均匀化时间和均匀化温度的元素浓度。
7、更进一步的，得到该均匀化时间和均匀化温度的偏析比的公式为：
8、
9、其中，均匀化时间tn后偏析元素的最大元素浓度值，是均匀化时间tn后偏析元素的最小元素浓度值，srn为不同均匀化时间下的偏析比。
10、更进一步的，利用电子探针微量分析波长色散光谱对多元合金处理后得到扩散特征长度，计算偏析比的方法为：
11、
12、其中，均匀化时间tn后偏析元素的最大元素浓度值，是均匀化时间tn后偏析元素的最小元素浓度值，l为扩散特征长度，tn为均匀化时间，t0为均匀化时间为0，srn为不同均匀化时间下的偏析比，dn为均匀化时间为tn情况下的扩散系数。
13、更进一步的，所述和为枝晶干富集元素、或枝晶间富集元素。
14、更进一步的，得到多元合金固相扩散系数的具体公式为：
15、
16、其中，l为扩散特征长度，tn为均匀化时间，srn为不同均匀化时间下的偏析比，sr0为均匀化时间为0时的偏析比，dn为均匀化时间为tn情况下的扩散系数。
17、进一步的，所述均匀化时间选自0.5-20h。
18、进一步的，该方法还包括：
19、在该均匀化温度下选取若干个均匀化时间，对多元合金进行均匀化处理后，表征获得所述多元合金中偏析元素的元素浓度，得到若干个均匀化时间下的偏析比，并通过偏析比得到若干个多元合金固相扩散系数，再通过origin软件进行曲线拟合以确立该扩散系数准确性。
20、对本专利技术的公式进行如下验证推导：
21、通过菲克第二扩散定律的偏微分方程，得到高斯解表达式，即：
22、
23、上式中，c为溶质浓度，tn均匀化时间，x为溶质浓度的位置，dn为扩散系数。结合初始条件c(x＝0,tn＝0)＝∞与c(x≠0，tn＝0)＝0，可以得到高斯解表达式：
24、
25、其中，s为扩散组元总量，dn为扩散系数，tn为均匀化时间，x为扩散距离，扩散溶质集中于宽度为振幅为的区域。根据(2)式可知宽度随时间t的延长而增加，振幅随时间tn延长而减少。将初始铸态合金的单个枝晶干或枝晶间区域的溶质富集区看作是高斯扩散源，则假设的初始浓度分布无法满足，则需要提出时间参数t0，假设经过t0时间后组元宽度为振幅为s/此时的高斯函数曲线能够符合单个枝晶干与枝晶间的浓度分布如图1所示，此时表达式为：
26、
27、并且，均匀化处理过程中微观偏析可通过偏析比sr来表征，即：
28、
29、其中是均匀化时间(t)后元素的最大浓度值，是均匀化时间(t)后元素的最小浓度值。当sr接近1时，认为溶质元素是均匀分布的。
30、此时，需要确认和的值，以枝晶间富集元素为例，当tn＝0时，在x＝0与x＝1/2l位置处获得与的值，其中l为扩散特征长度，该扩散特征长度由枝晶几何参数所得：
31、
32、
33、将(5)、(6)式代入(4)式，得到：
34、
35、sr0为均匀化时间t＝0时的偏析比，对其取对数：
36、
37、由此确定了高斯解模型的初始浓度分布，并且经过了均匀化时间tn，与所取位置不变，相对应的偏析比：
38、
39、对其取对数：
40、
41、将(8)式代入(10)：
42、
43、即得到多元合金固相扩散系数的确认方法。
44、本专利技术第二方面提供了一种电子设备，包括：
45、一个或多个处理器；
46、存储器；以及
47、被存储在存储器中的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行上述的一种多元合金固相扩散系数的确认方法的指令。
48、本专利技术第三方面提供了一种计算机可读存储介质，包括本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多元合金固相扩散系数的确认方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种多元合金固相扩散系数的确认方法，其特征在于，获得所述多元合金中偏析元素的元素浓度的方法为：
3.根据权利要求2所述的一种多元合金固相扩散系数的确认方法，其特征在于，得到该均匀化时间和均匀化温度的偏析比的公式为：
4.根据权利要求3所述的一种多元合金固相扩散系数的确认方法，其特征在于，利用电子探针微量分析波长色散光谱对多元合金处理后得到扩散特征长度，计算偏析比的方法为：
5.根据权利要求3所述的一种多元合金固相扩散系数的确认方法，其特征在于，所述和为枝晶干富集元素、或枝晶间富集元素。
6.根据权利要求4所述的一种多元合金固相扩散系数的确认方法，其特征在于，得到多元合金固相扩散系数的具体公式为：
7.根据权利要求1所述的一种多元合金固相扩散系数的确认方法，其特征在于，所述均匀化时间选自0.5-20h。
8.根据权利要求1所述的一种多元合金固相扩散系数的确认方法，其特征在于，该方法还包括：
9.一种电子设
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括供电子设备的一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1-8任一所述的一种多元合金固相扩散系数的确认方法的指令。
...【技术特征摘要】
1.一种多元合金固相扩散系数的确认方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种多元合金固相扩散系数的确认方法，其特征在于，获得所述多元合金中偏析元素的元素浓度的方法为：
3.根据权利要求2所述的一种多元合金固相扩散系数的确认方法，其特征在于，得到该均匀化时间和均匀化温度的偏析比的公式为：
4.根据权利要求3所述的一种多元合金固相扩散系数的确认方法，其特征在于，利用电子探针微量分析波长色散光谱对多元合金处理后得到扩散特征长度，计算偏析比的方法为：
5.根据权利要求3所述的一种多元合金固相扩散系数的确认方法，其特征在于，所述和为枝晶干富集元素、或枝晶间...
【专利技术属性】
技术研发人员：任维丽，余洪斌，张丛江，周屹林，沈忱，史传鑫，钟云波，雷作胜，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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