预测高强塑积钢淬火中马氏体组织演变的方法技术

一种预测高强塑积钢淬火中马氏体组织演变的方法，包括以下步骤：(1)建立二维元胞空间；(2)生成母相初始组织晶粒；(3)给定元胞初始状态；(4)输入总温降ω、温降增量Δω及冷却速率；(5)计算马氏体相变热力学，确定马氏体相变开始温度；(6)判断每个元胞的马氏体形核条件；(7)对每个元胞根据长大规则判断马氏体相长大；(8)计算马氏体转变分数及残余奥氏体分数；(9)输出相变过程中马氏体及残余奥氏体等组织形貌的动态演化图形；输出马氏体转变体积分数曲线。本发明专利技术方法可实现高强塑积钢淬火中马氏体组织演变的预测，能够实现马氏体和残余奥氏体的组织形态、体积分数的预测；节约实验成本，加快新钢种开发的周期。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于轧钢
，具体涉及一种。
技术介绍
随着汽车工业对轻量化和高安全双重要求的提高，近年来很多学者致力于第三代先进高强度汽车用钢的研究和开发。第三代先进高强度汽车用钢兼顾有第一代和第二代高强度汽车用钢的微观组织特点，并充分利用晶粒细化、固溶强化、析出强化及位错强化等手段来提高其强度，并通过应变诱导塑性、孪晶诱导塑性等手段来提高塑性。高强塑积钢是同时具有高强度和高塑性的第三代汽车用钢，抗拉强度1000MPa以上，延伸率15%以上，强塑积15000MPa.%以上，这种钢可通过淬火和碳配分工艺来得到，其组织主要是由马氏体和残余奥氏体构成。钢的显微组织结构决定钢的性能，随着强度较高的马氏体相比例的提高，材料的强度也随之提高，而塑性则有所下降。奥氏体和马氏体组成的双相组织在同样强度的条件下，塑性要高于铁素体和马氏体双相组织。通过组织调控来获得奥氏体和马氏体的双相组织可以获得高强高塑第三代汽车用钢的机械性能。因此，在开发低成本高强塑积钢的过程中，设计和控制组织显得尤为重要。目前分析高强塑积钢淬火中组织转变规律主要依靠实验手段，耗费物力、财力，且效率低；元胞自动机方法在钢材组织转变模拟中的应用，为研究高强塑积钢淬火中组织演变提供了一种新的方法；采用物理冶金学原理和元胞自动机理论相结合的方式对高强塑积钢淬火中马氏体组织演变进行预测，能够实现马氏体和残余奥氏体的组织形态、体积分数的定量化、精确化和可视化的描述，为进一步分析微观组织的演变规律提供指导；但目前还没有对。
技术实现思路
针对目前高强塑积钢淬火中组织变化分析方法存在的不足之处，本专利技术提供一种，通过建立马氏体相变物理冶金模型和马氏体相变元胞自动机模型，实现和残余奥氏体的组织形态、体积分数的预测。本专利技术的包括以下步骤。1、建立二维元胞空间；2、生成母相初始组织晶粒；3、给定元胞初始状态；4、输入总温降ω、温降增量Λ ω及冷却速率；5、计算马氏 体相变热力学，确定马氏体相变开始温度；马氏体相变开始温度的计算基于马氏体相变热力学原理，Fe-C合金马氏体相变的自由能变化可表达如下:AG”M= AG”a + AGa—M (I)式中:AGY —a是铁基合金中由面心立方晶体转化为体心立方晶体或四方晶体的马氏体相变，可以设想为先形成体心立方结构微区作为核胚，—项能量就是用来稳定这种体心结构，使之成为“准马氏体”的核心；式中:AGa 4是指:由体心结构的核心成为稳定的马氏体，还必须供给在核胚扩张的同时进行切变的能量，构成马氏体内部形态的储存能，以及相变所需要的其它应变能和表面能，这些能量就组成了 AG°—M;要由体心核心转变为稳定的马氏体，就需要供给转变所需的AGa 4能量，即有:AGy —M = AGy — a + AGa —M < O (2)或-AGy ^ a ^ AGa(3)_AGY —a为相变时释放的能量或驱动，而AGa 4为马氏体转变所消耗的能量，只有当-AGY — a≥AGa 4才能形成马氏体；马氏体相变驱动力为-AGy — a或AGa —M，求解表达式分别如下:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预测高强塑积钢淬火中马氏体组织演变的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)建立二维元胞空间；(2)生成母相初始组织晶粒；(3)给定元胞初始状态；(4)输入总温降ω、温降增量Δω及冷却速率；(5)计算马氏体相变热力学，确定马氏体相变开始温度；马氏体相变开始温度的计算基于马氏体相变热力学原理，Fe‑C合金马氏体相变的自由能变化可表达如下：ΔGγ→M＝ΔGγ→α+ΔGα→M      (1)式中：ΔGγ→α是铁基合金中由面心立方晶体转化为体心立方晶体或四方晶体的马氏体相变，可以设想为先形成体心立方结构微区作为核胚，ΔGγ→α一项能量就是用来稳定这种体心结构，使之成为“准马氏体”的核心；式中：ΔGα→M是指：由体心结构的核心成为稳定的马氏体，还必须供给在核胚扩张的同时进行切变的能量，构成马氏体内部形态的储存能，以及相变所需要的其它应变能和表面能，这些能量就组成了ΔGα→M；要由体心核心转变为稳定的马氏体，就需要供给转变所需的ΔGα→M能量，即有：ΔGγ→M＝ΔGγ→α+ΔGα→M≤0       (2)或‑ΔGγ→α≥ΔGα→M        (3)‑ΔGγ→α为相变时释放的能量或驱动，而ΔGα→M为马氏体转变所消耗的能量，只有当‑ΔGγ→α≥ΔGα→M才能形成马氏体；马氏体相变驱动力为‑ΔGγ→α或ΔGα→M，求解表达式分别如下：ΔGγ→α=(1-Xc)ΔGFeγ→α+(1-Xc)RTln(aFeαaFeγ)+XcRTln(γcαγcγ)---(4)]]>式中，Xc为碳在钢中的摩尔分数，表示纯Fe的γ→α转变自由能变化，R为气体常数，T为绝对温度，和分别为Fe在α‑Fe和γ‑Fe中的活度，和分别为碳在α‑Fe和γ‑Fe中的活度系数；ΔGα→M＝5σMs+217       (5)式中σMs为奥氏体在Ms点时的屈服强度，可表示为：σMs＝13+280Xc+0.02(800‑Ms)     (6)由式(2)～(6)可得：ΔGγ→M＝ΔGγ→α+5[13+280Xc+0.02(800‑Ms)]+217      (7)当ΔGγ→M＝0时，所确定的温度为马氏体相变开始温度Ms；(6)判断每个元胞的马氏体形核条件；奥氏体开始转变为马氏体的临界冷却速度Vj可表示为：logVj＝9.81‑4.62C+1.10Mn+0.54Ni+0.50Cr+0.60Mo+0.00183PA  (8)式中C、Mn、Ni、Cr、Mo分别为钢中各种化学元素碳、锰、镍、铬、钼的质量百分含量；PA为奥氏体化参数；形核率模型：马氏体转变的形核率可表示为：N·=niυexp(-ΔGa/kT)---(9)]]>其中，为马氏体形核率；ni为假定的潜在核心数目；υ是晶格振动频率；ΔGa为形核激活能；k为玻尔兹曼常数；T为绝对温度；(7)对每个元胞根据长大规则判断马氏体相长大；采用确定性长大演化规则，dt时间步长中形核的元胞向近邻奥氏体元胞的生长距离l为：l=∫0tvdt---(10)]]>a为元胞尺寸即元胞边长，如果l≥a则认为该近邻奥氏体元胞转变为马氏体元胞；(8)计算马氏体转变分数及残余奥氏体分数；马氏体的转变分数Xm可以表示如下：Xm＝Ym/Y    (11)式中，Ym为已经发生马氏体转变的元胞数目，Y为空间元胞总数；残余奥氏体分数Am可表示如下：Am＝1‑Xm     (12)(9)输出相变过程中马氏体及残余奥氏体等组织形貌的动态演化图形；输出马氏体转变体积分数曲线。...

【技术特征摘要】
1.一种预测高强塑积钢淬火中马氏体组织演变的方法，其特征在于包括以下步骤: (1)建立二维元胞空间； (2)生成母相初始组织晶粒； (3)给定元胞初始状态； (4)输入总温降ω、温降增量Λω及冷却速率； (5)计算马氏体相变热力学，确定马氏体相变开始温度； 马氏体相变开始温度的计算基于马氏体相变热力学原理，Fe-C合金马氏体相变的自由能变化可表达如下: AGY—M= AG…+ AGa—μ (i) 式中:—a是铁基合金中由面心立方晶体转化为体心立方晶体或四方晶体的马氏体相变，可以设想为先形成体心立方结构微区作为核胚，—项能量就是用来稳定这种体心结构，使之成为“准马氏体”的核心； 式中:AGa 4是指:由体心结构的核心成为稳定的马氏体，还必须供给在核胚扩张的同时进行切变的能量，构成马氏体内部形态的储存能，以及相变所需要的其它应变能和表面能，这些能量就组成了 AGa—M; 要由体心核心转变为稳定的马氏体，就需要供给转变所需的AGa^M能量，即有:AGy —μ = AGy — a + AGa —μ ≤ ο (2) 或 -AG…≥ AGa —μ (3) -AG^a为相变时释放的能量或驱动，而AGa 4为马氏体转变所消耗的能量，只有当-AGy —≥AG...

【专利技术属性】
技术研发人员：支颖，刘伟杰，刘相华，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21