基于Jmatpro材料性能计算的奥贝球铁合金成分的优化设计方法
【专利摘要】一种基于Jmatpro材料性能计算的奥贝球铁合金成分的优化设计方法，包括以下步骤：（1）先选各元素变化的范围，确定各个组分；（2）打开Jmatpro软件，调用CastIron模块和相应数据库；（3）选定一个组分的成分输入软件，选择需要计算的材料性能进行计算；（4）计算结束输出曲线图和数据文件；（5）依次重复步骤（3）、（4），得到其余组分的计算结果；（6）分别对不同成分下的每一项材料性能进行对比分析，得出最优的成分配比。本项发明的合金成分优化方法简便易行，有较强的理论支撑，不需要大量的试铸和性能检测，大大节省了时间，提高了效率，降低了成本。
【专利说明】基于Jmatpro材料性能计算的奥贝球铁合金成分的优化设计方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属材料领域，具体涉及用于列车车轮的新型奥贝球铁，对其合金成分的优化设计。
【背景技术】
[0002]等温淬火球墨铸铁(Austempered Ductile Iron,简称ADI),国内广泛的称为奥贝球铁。其热处理方式非常类似钢的等温淬火处理，获得的微观组织由奥氏体和非常类似钢中的贝氏体组成。由于奥贝球铁具有良好的综合力学性能、较低的生产成本、质量轻、良好的耐磨性和耐疲劳性能、优良的减振和吸音性能，奥贝球铁在我国和欧美等发达国家得到广泛关注和重视，产量以每年超过15%的速度增长，在铁路设备、汽车、农业机械、建筑机械以及矿厂机械等行业应用广泛。
[0003]成分是决定组织的重要因素之一，成分通过组织间接对材料性能产生影响。毛坯铸件的质量和等温淬火工艺是决定奥贝球铁组织与性能的两个关键性因素，依据合金成分对球墨铸铁铸件质量和球墨铸铁的等温淬火工艺性的影响来奥贝球铁成分进行设计。常规的成分优化方法是根据工件的工况条件对材料性能的要求以及材料的加工工艺性能，配制大量不同组分的合金配方，然后进行熔炼试铸，对每个组分的工件的性能测试对比，选出最优的合金配方。但是这种常规方法耗时长、成本高、效率低。
[0004]因此，需要一种新的奥贝球铁合金成分的优化设计方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种基于Jmatpro材料性能计算的奥贝球铁合金成分的优化设计方法，本项发明的合金成分优化方法简便易行，有较强的理论支撑，不需要大量的试铸和性能检测，大大节省了时间提高了效率，降低了成本。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种基于Jmatpro材料性能计算的奥贝球铁合金成分的优化设计方法，包括以下步骤:
(1)对基础成分C、S1、Mn、P、S的优化设计，先选各元素变化的范围，确定各个组分；
(2)打开Jmatpro软件,调用CastIron模块和相应数据库；
(3 )选定一个组分的基础成分输入软件，选择需要计算的材料性能选项StepTemperature,设置计算温度区间1400°C?20°C,计算步长10°C,计算出温度-相组成图；
(4)选择计算材料性能选项Phasesand Properties,计算凝固过程中相组成及热物性质，在这里选用合金元素在各相中的变化，可以看出元素的偏析情况；
(5)计算结束输出曲线图和数据文件；
(6)依次重复步骤(3)、(4)、(5)，得到其余组分的计算结果；
(7)对比各组计算结果，分析基础成分对相变温度、析出相、元素偏析的影响，选出最优的基础成分； (8)对合金成分N1、Mo、Cu的设计主要考虑对提高淬透性的影响，先选各元素变化的范围，确定各个组分；
(9)在软件中输入合金成分,选择计算材料性能选项TTT/CCTDiagrams,设定奥氏体化温度900°C，设定晶粒尺寸7.2ASTM ；
(10)重复步骤(9)，将其余组分的合金成分进行计算，基础成分保持不变；
(11)计算结束输出曲线图和数据文件，将每组数据输入Origin，绘制出一个所有组分的C曲线图，方便对比。
[0007]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
第一，本发明所采用的Jmatpro软件，是一款金属材料相图计算和材料性能模拟软件，它以强大稳定的热力学和动力学计算为基础所有物理模型的建立都经过了广泛的验证，以确保材料性能计算的准确性，计算中所使用的一些系数也都是由经过实验验证的数据库给出。可以比较准确地计算出不同成分的奥贝球铁的平衡相含量和TTT曲线，从而可以大量节省项目时间与实验费用。
[0008]第二，本发明利用功能强大可靠的材料性能计算软件Jmatpro,对不同成分的材料性能计算，根据计算结果对比分析，优化合金成分。本项发明的合金成分优化方法简便易行，有较强的理论支撑，不需要大量的试铸和性能检测，大大节省了时间提高了效率，降低了成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是固定成分的温度一相组成图；
图2是元素Mn在液相和奥氏体相中的分布图；
图3是不同Mo含量的珠光体转变TTT曲线图；
图4是碳氮化合物随Mo含量变化曲线图。
【具体实施方式】
[0010]—种基于Jmatpro材料性能计算的奥贝球铁合金成分的优化设计方法,其特征是，所述优化设计方法包括以下步骤:
(1)对基础成分C、S1、Mn、P、S的优化设计，先选各元素变化的范围，确定各个组分；
(2)打开Jmatpro软件,调用CastIron模块和相应数据库；
(3 )选定一个组分的基础成分输入软件，选择需要计算的材料性能选项StepTemperature,设置计算温度区间1400°C?20°C,计算步长10°C,计算出温度-相组成图，见图1 ;
(4)选择计算材料性能选项Phasesand Properties,计算凝固过程中相组成及热物性质，在这里选用合金元素在各相中的变化，可以看出元素的偏析情况，见图2、3 ；
(5)计算结束输出曲线图和数据文件；
(6)依次重复步骤(3)、(4)、(5)，得到其余组分的计算结果；
(7)对比各组计算结果，分析基础成分对相变温度、析出相、元素偏析的影响，选出最优的基础成分；
(8)对合金成分N1、Mo、Cu的设计主要考虑对提高淬透性的影响，先选各元素变化的范围，确定各个组分；
(9)在软件中输入合金成分,选择计算材料性能选项TTT/CCTDiagrams,设定奥氏体化温度900°C，设定晶粒尺寸7.2ASTM ；
(10)重复步骤(9)，将其余组分的合金成分进行计算，基础成分保持不变；
(11)计算结束输出曲线图和数据文件，将每组数据输入Origin，绘制出一个所有组分的C曲线图，方便对比，见图4。
[0011]本发明所采用的JmatpiX)软件，是一款金属材料相图计算和材料性能模拟软件，它以强大稳定的热力学和动力学计算为基础所有物理模型的建立都经过了广泛的验证，以确保材料性能计算的准确性，计算中所使用的一些系数也都是由经过实验验证的数据库给出。可以比较准确地计算出不同成分的奥贝球铁的平衡相含量和TTT曲线，从而可以大量节省项目时间与实验费用。
[0012]本发明的特点在于利用功能强大可靠的材料性能计算软件Jmatprο,对不同成分的材料性能计算，根据计算结果对比分析，优化合金成分。本项发明的合金成分优化方法简便易行，有较强的理论支撑，不需要大量的试铸和性能检测，大大节省了时间提高了效率，降低了成本。
【权利要求】
1.一种基于Jmatpro材料性能计算的奥贝球铁合金成分的优化设计方法,其特征是，所述优化设计方法包括以下步骤: (1)对基础成分C、S1、Mn、P、S的优化设计，先选各元素变化的范围，确定各个组分； (2)打开Jmatpro软件,调用CastIron模块和相应数据库； (3 )选定一个组分的基础成分输入软件，选择需要计算的材料性能选项StepTemperature,设置计算温度区间1400°C?20°C,计算步长10°C,计算出温度-相组成图； (4)选择计算材料性能选项Phasesand Properties,计算凝固过程中相组成及热物性质，在这里选用合金元素在各相中的变化，可以看出元素的偏析情况； (5)计算结束输出曲线图和数据文件； (6)依次重复步骤(3)、(4)、(5)，得到其余组分的计算结果； (7)对比各组计算结果，分析基础成分对相变温度、析出相、元素偏析的影响，选出最优的基础成分； (8)对合金成分N1、Mo、Cu的设计主要考虑对提高淬透性的影响，先选各元素变化的范围，确定各个组分； (9)在软件中输入合金成分,选择计算材料性能选项TTT/CCTDiagrams,设定奥氏体化温度900°C，设定晶粒尺寸7.2ASTM ； (10)重复步骤(9)，将其余组分的合金成分进行计算，基础成分保持不变； (11)计算结束输出曲线图和数据文件，将每组数据输入Origin，绘制出一个所有组分的C曲线图，方便对比。
【文档编号】G06F17/50GK104331549SQ201410581283
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】陈荣发, 李志龙, 赵毅红, 陆华峰, 赵杰, 郑志伟, 吕宵宵, 黄博文 申请人:扬州大学