【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种镍基高温合金的成分优化设计方法，属于合金成分设计。
技术介绍
1、镍基高温合金由于其具备较高的高温强度、良好的抗氧化和抗热腐蚀性能、良好的疲劳性能和断裂韧性等综合性能，而广泛应用于高温、强酸或强碱、强氧化等工作环境。但随着航空发动机推重比的不断提升，航空发动机材料性能的不断提升是服役安全性的重要保证，而通过材料成分的设计是解决这一问题的有效途径。
2、在中国专利cn110387485a中，提出了一种亚稳β钛合金的成分设计方法，该方法通过第一性原理和d电子理论结合进行成分设计，但其仅考虑了合金单一固溶体，同时所考虑的合金组分计算复杂，且无法简单快速高效进行合金组分的确认。
3、中国专利cn111797502a通过d-电子合金理论提出了一种基于电子合金理论进行高熵合金成分设计的方法，其能够实现高熵合金的设计，但其数据集非常有限，合金元素的选择并不能从原子角度进行合理考虑。
4、因此，在进行合金成分设计时，如何快速筛选及快速反馈对于合金设计的成本和效率至关重要。
技术实现思路
1、本专利技术的技术目的是提供一种镍基高温合金的成分优化设计方法，其以既有镍基高温合金为基础，通过第一性原理计算确认了合金掺杂元素，通过python编程、md当量和bo当量构建了合金大数据集并筛选了镍基高温合金组分的输出，基于控制变量法的热力学计算进一步确定了目标镍基高温合金的组分，预测快速且准确，减少了合金设计的成本，提高了合金设计研发的效率。
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3、一种镍基高温合金的成分优化设计方法，包括如下步骤：
4、步骤一、初步确认目标镍基高温合金的合金组分：
5、在既有镍基高温合金中掺入合金掺杂元素，并通过第一性原理计算合金掺杂元素对所得镍基高温合金的γ-ni固溶体、常见物相的平衡晶格常数、体积、形成热、结合能的影响，以及合金掺杂元素对所得镍基高温合金的常见物相界面模型的结合能、界面能的影响，以初步选定掺入既有镍基高温合金中的合金掺杂元素，进而初步确认构成目标镍基高温合金的不同合金元素的范围以及各合金元素占比变化量；
6、步骤二、最终确认目标镍基高温合金的合金组分：
7、通过d电子合金理论计算出既有镍基高温合金中主要合金元素的键序bo值的平均值和d轨道能级md值的平均值，以分别获得目标镍基高温合金的键序bo值的范围、d轨道能级md值的范围；
8、基于初步确认的构成目标镍基高温合金的不同合金元素的范围以及各合金元素占比变化量，快速构建出若干组合金元素配比不同的镍基高温合金，以构成合金组分大数据集；
9、逐一计算合金组分大数据集中各镍基高温合金的键序bo值、d轨道能级md值，并根据所获得的目标镍基高温合金的键序bo值的范围、d轨道能级md值的范围，从合金组分大数据集中筛选出满足要求的镍基高温合金，构成筛选出的合金组分数据集；
10、通过控制变量法对筛选出的合金组分数据集中的各镍基高温合金进行热力学计算并进行性能比较，以最终确认目标镍基高温合金的合金元素配比。
11、优选地，步骤一中，初步选定掺入既有镍基高温合金中的合金掺杂元素，具体包括如下步骤：
12、步骤1.1、建立合金固溶体模型、常见物相界面模型：
13、依据既有镍基高温合金n的成分分别构建合金固溶体模型m1、常见物相界面模型m2；
14、步骤1.2、建立合金固溶体掺杂模型、常见物相界面掺杂模型：
15、在步骤1.1所构建的合金固溶体模型m1的选定掺杂位置p1,i掺入任一合金掺杂元素xj，以对应地生成固溶体掺杂模型m1,i,j；i＝1,2,3……n，j＝1,2,3……m，n表示合金固溶体模型中选定的掺杂位置总数，m表示合金掺杂元素的类型总数；
16、在步骤1.1所构建的常见物相界面掺杂模型m2的选定掺杂位置p2,k掺入任一合金掺杂元素xj，以对应地生成常见物相界面掺杂模型m2,k,j；k＝1,2,3……l，l表示常见物相界面掺杂模型中选定的掺杂位置总数；
17、步骤1.3、计算合金掺杂元素对镍基高温合金的γ-ni固溶体、常见物相的平衡晶格常数、体积、形成热、结合能的影响：
18、基于第一性原理，分别计算出步骤1.1构建的合金固溶体模型m1以及步骤1.2所生成的所有固溶体掺杂模型m1,i,j的自由能、形成热、结合能；
19、将各固溶体掺杂模型m1,i,j的自由能与合金固溶体模型m1的自由能进行比较，以确认合金掺杂元素xj的掺杂对镍基高温合金的γ-ni固溶体、常见物相的晶格常数、体积变化的影响；
20、将各固溶体掺杂模型m1,i,j的形成热、结合能一一对应地与合金固溶体模型m1的形成热、结合能进行比较，以确认相应合金掺杂元素xj的掺杂对镍基高温合金的γ-ni固溶体、常见物相的形成热、结合能的影响；
21、步骤1.4、计算合金掺杂元素对镍基高温合金的常见物相界面模型的结合能、界面能的影响：
22、基于第一性原理，分别计算出步骤1.1构建的常见物相界面模型m2以及步骤1.2所生成的所有常见物相界面掺杂模型m2,k,j的结合能、界面能；
23、将各常见物相界面掺杂模型m2,k,j的结合能、界面能一一对应地与常见物相界面模型m2的结合能、界面能进行比较，以确认相应合金掺杂元素xj的掺杂对镍基高温合金的常见物相界面模型的结合能、界面能的影响；
24、步骤1.5、初步确认目标镍基高温合金的合金元素配比：
25、基于合金掺杂元素的选取规则，根据步骤1.3以及步骤1.4获得的比较结果初步确认目标镍基高温合金的合金组分；
26、合金掺杂元素的选取规则为：
27、1.5.1.固溶体掺杂模型的结合能较大；
28、1.5.2.固溶体掺杂模型的形成热绝对值较大(形成热<0时)；
29、1.5.3.常见物相界面掺杂模型的界面能较低。
30、优选地，合金掺杂元素包括cr、mo、co、v、zr。
31、优选地，步骤二中，目标镍基高温合金的键序bo值的范围为bo>75，d轨道能级md值的范围为：83<md<85。
32、优选地，既有镍基高温合金选用gh4169镍基高温合金；步骤一中，初步确认构成目标镍基高温合金的不同合金元素的质量百分比范围以及各合金元素占比变化量为：ni：50-55，占比变化量为0.5；cr：17-21，占比变化量为0.5；mo：0.5-3.5，占比变化量为0.5；co：0.5-6，占比变化量为0.5；fe：13-20，占比变化量为1；v：0.02-0.07，占比变化量为0.01；zr：0.01-0.1，占比变化量为0.01；其它：6～8。
33、优选地，目标镍基高温合金包括以下质量份数的组分：ni：50～55，cr：本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种镍基高温合金的成分优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的镍基高温合金的成分优化设计方法，其特征在于，步骤一中，初步选定掺入既有镍基高温合金中的合金掺杂元素，具体包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的镍基高温合金的成分优化设计方法，其特征在于，合金掺杂元素包括Cr、Mo、Co、V、Zr。
4.根据权利要求3所述的镍基高温合金的成分优化设计方法，其特征在于，步骤二中，目标镍基高温合金的键序Bo值的范围为Bo>75，d轨道能级Md值的范围为：83<Md<85。
5.根据权利要求4所述的镍基高温合金的成分优化设计方法，其特征在于，既有镍基高温合金选用GH4169镍基高温合金；
6.根据权利要求5所述的镍基高温合金的成分优化设计方法，其特征在于，目标镍基高温合金包括以下质量份数的组分：Ni：50～55，Cr：17.5～21，Mo：2.5～3.5，Co：1.0～6.0，Fe：15.0～20.0，V：≤0.05，Zr：≤0.09，其它：6～8。
【技术特征摘要】
1.一种镍基高温合金的成分优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的镍基高温合金的成分优化设计方法，其特征在于，步骤一中，初步选定掺入既有镍基高温合金中的合金掺杂元素，具体包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的镍基高温合金的成分优化设计方法，其特征在于，合金掺杂元素包括cr、mo、co、v、zr。
4.根据权利要求3所述的镍基高温合金的成分优化设计方法，其特征在于，步骤二中，目标镍基高温合金的键序bo值的范围为bo...
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