预测高强塑积钢淬火中马氏体组织演变的方法
【专利摘要】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。
【专利说明】预测高强塑积钢淬火中马氏体组织演变的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于轧钢【技术领域】，具体涉及一种预测高强塑积钢淬火中马氏体组织演变的方法。
【背景技术】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
【发明内容】
[0006]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，本发明提供一种预测高强塑积钢淬火中马氏体组织演变的方法，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。
[0007]本发明的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。
[0008]1、建立二维元胞空间；
[0009]2、生成母相初始组织晶粒；
[0010]3、给定元胞初始状态；
[0011]4、输入总温降ω、温降增量Λ ω及冷却速率；
[0012]5、计算马氏 体相变热力学，确定马氏体相变开始温度；
[0013]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:[0014]AG”M= AG”a + AGa—M (I)
[0015]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；
[0016]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;
[0017]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:
[0018]AGy —M = AGy — a + AGa —M < O (2)
[0019]或
[0020]-AGy ^ a ^ AGa(3)
[0021]_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；
[0022]马氏体相变驱动力为-AGy — a或AGa —M，求解表达式分别如下:
[0023]
【权利要求】
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°—μ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:
2.根据权利要求1所述的一种预测高强塑积钢淬火中马氏体组织演变的方法，其特征在于所述的建立二维元胞空间是指:元胞单元采用四方形网格，模型将模拟区域划分为500X500的二维元胞空间，每个元胞边长a为I μ m，整个模拟的区域代表0.5mmX 0.5mm的实际试样尺寸。
3.根据权利要求1所述的一种预测高强塑积钢淬火中马氏体组织演变的方法，其特征在于所述的生成母相初始组织晶粒是指:初始奥氏体晶粒采用等轴晶的生长方式生成，用白色标识，奥氏体晶界用灰色标识，新相用彩色标识；采用Moore型邻居，边界条件采用周期性边界条件。
4.根据权利要求1所述的一种预测高强塑积钢淬火中马氏体组织演变的方法，其特征在于所述的给定元胞初始状态: 模型赋予每个元胞4个状态变量: (a)碳含量变量，元胞初始碳含量为高强塑积钢中含碳量的摩尔分数； (b)取向变量，对新生成的马氏体元胞随机取I~180之间的数作为取向值，指出其所属的马氏体束，取向值相同的属于同一个马氏体束，不同的马氏体束对应着不同的颜色； (c)相变标志变量,O表示奥氏体状态,I表示马氏体状态； (d)晶界变量,用于标志晶界元胞位置。
【文档编号】C21D1/18GK103993138SQ201410235482
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】支颖, 刘伟杰, 刘相华 申请人:东北大学