預(yù)測高強(qiáng)塑積鋼淬火中馬氏體組織演變的方法
【專利摘要】一種預(yù)測高強(qiáng)塑積鋼淬火中馬氏體組織演變的方法，包括以下步驟：(1)建立二維元胞空間；(2)生成母相初始組織晶粒；(3)給定元胞初始狀態(tài)；(4)輸入總溫降ω、溫降增量Δω及冷卻速率；(5)計(jì)算馬氏體相變熱力學(xué)，確定馬氏體相變開始溫度；(6)判斷每個(gè)元胞的馬氏體形核條件；(7)對每個(gè)元胞根據(jù)長大規(guī)則判斷馬氏體相長大；(8)計(jì)算馬氏體轉(zhuǎn)變分?jǐn)?shù)及殘余奧氏體分?jǐn)?shù)；(9)輸出相變過程中馬氏體及殘余奧氏體等組織形貌的動(dòng)態(tài)演化圖形；輸出馬氏體轉(zhuǎn)變體積分?jǐn)?shù)曲線。本發(fā)明方法可實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)塑積鋼淬火中馬氏體組織演變的預(yù)測，能夠?qū)崿F(xiàn)馬氏體和殘余奧氏體的組織形態(tài)、體積分?jǐn)?shù)的預(yù)測；節(jié)約實(shí)驗(yàn)成本，加快新鋼種開發(fā)的周期。
【專利說明】預(yù)測高強(qiáng)塑積鋼淬火中馬氏體組織演變的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于軋鋼【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種預(yù)測高強(qiáng)塑積鋼淬火中馬氏體組織演變的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著汽車工業(yè)對輕量化和高安全雙重要求的提高，近年來很多學(xué)者致力于第三代先進(jìn)高強(qiáng)度汽車用鋼的研究和開發(fā)。第三代先進(jìn)高強(qiáng)度汽車用鋼兼顧有第一代和第二代高強(qiáng)度汽車用鋼的微觀組織特點(diǎn)，并充分利用晶粒細(xì)化、固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化及位錯(cuò)強(qiáng)化等手段來提高其強(qiáng)度，并通過應(yīng)變誘導(dǎo)塑性、孿晶誘導(dǎo)塑性等手段來提高塑性。
[0003]高強(qiáng)塑積鋼是同時(shí)具有高強(qiáng)度和高塑性的第三代汽車用鋼，抗拉強(qiáng)度1000MPa以上，延伸率15%以上，強(qiáng)塑積15000MPa.%以上，這種鋼可通過淬火和碳配分工藝來得到，其組織主要是由馬氏體和殘余奧氏體構(gòu)成。
[0004]鋼的顯微組織結(jié)構(gòu)決定鋼的性能，隨著強(qiáng)度較高的馬氏體相比例的提高，材料的強(qiáng)度也隨之提高，而塑性則有所下降。奧氏體和馬氏體組成的雙相組織在同樣強(qiáng)度的條件下，塑性要高于鐵素體和馬氏體雙相組織。通過組織調(diào)控來獲得奧氏體和馬氏體的雙相組織可以獲得高強(qiáng)高塑第三代汽車用鋼的機(jī)械性能。因此，在開發(fā)低成本高強(qiáng)塑積鋼的過程中，設(shè)計(jì)和控制組織顯得尤為重要。
[0005]目前分析高強(qiáng)塑積鋼淬火中組織轉(zhuǎn)變規(guī)律主要依靠實(shí)驗(yàn)手段，耗費(fèi)物力、財(cái)力，且效率低；元胞自動(dòng)機(jī)方法在鋼材組織轉(zhuǎn)變模擬中的應(yīng)用，為研究高強(qiáng)塑積鋼淬火中組織演變提供了一種新的方法；采用物理冶金學(xué)原理和元胞自動(dòng)機(jī)理論相結(jié)合的方式對高強(qiáng)塑積鋼淬火中馬氏體組織演變進(jìn)行預(yù)測，能夠?qū)崿F(xiàn)馬氏體和殘余奧氏體的組織形態(tài)、體積分?jǐn)?shù)的定量化、精確化和可視化的描述，為進(jìn)一步分析微觀組織的演變規(guī)律提供指導(dǎo)；但目前還沒有對。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對目前高強(qiáng)塑積鋼淬火中組織變化分析方法存在的不足之處，本發(fā)明提供一種預(yù)測高強(qiáng)塑積鋼淬火中馬氏體組織演變的方法，通過建立馬氏體相變物理冶金模型和馬氏體相變元胞自動(dòng)機(jī)模型，實(shí)現(xiàn)和殘余奧氏體的組織形態(tài)、體積分?jǐn)?shù)的預(yù)測。
[0007]本發(fā)明的預(yù)測高強(qiáng)塑積鋼淬火中馬氏體組織演變的方法包括以下步驟。
[0008]1、建立二維元胞空間；
[0009]2、生成母相初始組織晶粒；
[0010]3、給定元胞初始狀態(tài)；
[0011]4、輸入總溫降ω、溫降增量Λ ω及冷卻速率；
[0012]5、計(jì)算馬氏 體相變熱力學(xué)，確定馬氏體相變開始溫度；
[0013]馬氏體相變開始溫度的計(jì)算基于馬氏體相變熱力學(xué)原理，F(xiàn)e-C合金馬氏體相變的自由能變化可表達(dá)如下:[0014]AG”M= AG”a + AGa—M (I)
[0015]式中:AGY —a是鐵基合金中由面心立方晶體轉(zhuǎn)化為體心立方晶體或四方晶體的馬氏體相變，可以設(shè)想為先形成體心立方結(jié)構(gòu)微區(qū)作為核胚，—項(xiàng)能量就是用來穩(wěn)定這種體心結(jié)構(gòu)，使之成為“準(zhǔn)馬氏體”的核心；
[0016]式中:AGa 4是指:由體心結(jié)構(gòu)的核心成為穩(wěn)定的馬氏體，還必須供給在核胚擴(kuò)張的同時(shí)進(jìn)行切變的能量，構(gòu)成馬氏體內(nèi)部形態(tài)的儲(chǔ)存能，以及相變所需要的其它應(yīng)變能和表面能，這些能量就組成了 AG°—M;
[0017]要由體心核心轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的馬氏體，就需要供給轉(zhuǎn)變所需的AGa 4能量，即有:
[0018]AGy —M = AGy — a + AGa —M < O (2)
[0019]或
[0020]-AGy ^ a ^ AGa(3)
[0021]_AGY —a為相變時(shí)釋放的能量或驅(qū)動(dòng)，而AGa 4為馬氏體轉(zhuǎn)變所消耗的能量，只有當(dāng)-AGY — a≥AGa 4才能形成馬氏體；
[0022]馬氏體相變驅(qū)動(dòng)力為-AGy — a或AGa —M，求解表達(dá)式分別如下:
[0023]
【權(quán)利要求】
1.一種預(yù)測高強(qiáng)塑積鋼淬火中馬氏體組織演變的方法，其特征在于包括以下步驟: (1)建立二維元胞空間； (2)生成母相初始組織晶粒； (3)給定元胞初始狀態(tài)； (4)輸入總溫降ω、溫降增量Λω及冷卻速率； (5)計(jì)算馬氏體相變熱力學(xué)，確定馬氏體相變開始溫度； 馬氏體相變開始溫度的計(jì)算基于馬氏體相變熱力學(xué)原理，F(xiàn)e-C合金馬氏體相變的自由能變化可表達(dá)如下: AGY—M= AG…+ AGa—μ (i) 式中:—a是鐵基合金中由面心立方晶體轉(zhuǎn)化為體心立方晶體或四方晶體的馬氏體相變，可以設(shè)想為先形成體心立方結(jié)構(gòu)微區(qū)作為核胚，—項(xiàng)能量就是用來穩(wěn)定這種體心結(jié)構(gòu)，使之成為“準(zhǔn)馬氏體”的核心； 式中:AGa 4是指:由體心結(jié)構(gòu)的核心成為穩(wěn)定的馬氏體，還必須供給在核胚擴(kuò)張的同時(shí)進(jìn)行切變的能量，構(gòu)成馬氏體內(nèi)部形態(tài)的儲(chǔ)存能，以及相變所需要的其它應(yīng)變能和表面能，這些能量就組成了 AGa—M; 要由體心核心轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的馬氏體，就需要供給轉(zhuǎn)變所需的AGa^M能量，即有:
AGy —μ = AGy — a + AGa —μ ≤ ο (2) 或 -AG…≥ AGa —μ (3) -AG^a為相變時(shí)釋放的能量或驅(qū)動(dòng)，而AGa 4為馬氏體轉(zhuǎn)變所消耗的能量，只有當(dāng)-AGy —≥AG°—μ才能形成馬氏體； 馬氏體相變驅(qū)動(dòng)力為_AGY —a或AGa—M，求解表達(dá)式分別如下:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測高強(qiáng)塑積鋼淬火中馬氏體組織演變的方法，其特征在于所述的建立二維元胞空間是指:元胞單元采用四方形網(wǎng)格，模型將模擬區(qū)域劃分為500X500的二維元胞空間，每個(gè)元胞邊長a為I μ m，整個(gè)模擬的區(qū)域代表0.5mmX 0.5mm的實(shí)際試樣尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測高強(qiáng)塑積鋼淬火中馬氏體組織演變的方法，其特征在于所述的生成母相初始組織晶粒是指:初始奧氏體晶粒采用等軸晶的生長方式生成，用白色標(biāo)識(shí)，奧氏體晶界用灰色標(biāo)識(shí)，新相用彩色標(biāo)識(shí)；采用Moore型鄰居，邊界條件采用周期性邊界條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)測高強(qiáng)塑積鋼淬火中馬氏體組織演變的方法，其特征在于所述的給定元胞初始狀態(tài): 模型賦予每個(gè)元胞4個(gè)狀態(tài)變量: (a)碳含量變量，元胞初始碳含量為高強(qiáng)塑積鋼中含碳量的摩爾分?jǐn)?shù)； (b)取向變量，對新生成的馬氏體元胞隨機(jī)取I~180之間的數(shù)作為取向值，指出其所屬的馬氏體束，取向值相同的屬于同一個(gè)馬氏體束，不同的馬氏體束對應(yīng)著不同的顏色； (c)相變標(biāo)志變量,O表示奧氏體狀態(tài),I表示馬氏體狀態(tài)； (d)晶界變量,用于標(biāo)志晶界元胞位置。
【文檔編號(hào)】C21D1/18GK103993138SQ201410235482
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】支穎, 劉偉杰, 劉相華 申請人:東北大學(xué)