9获 得，Ar袖步骤(1)中钢种CCT曲线图获得；
[0181] (11)铁素体当前的晶粒尺寸为丫 相变前期的铁素体晶粒尺寸和丫 相变 后期的长大增量Δ超;之和，如公式12所示，
[0182]
(12)。
[0183] 本发明将焊接冷却过程的溫度场与钢种CCT曲线图相结合，计算板条铁素体焊接 冷却过程中晶粒尺寸，W实现对焊接过程焊缝及热影响区的板条铁素体尺寸的实时计算。
[0184] 利用本专利提出的一种计算板条铁素体在焊接冷却过程中晶粒尺寸的方法，可W 得到冷却过程中晶粒尺寸的动态演变进程，如图2所示，进而为研究焊接冷却速度对晶粒的 影响提供了一种有效的计算方法。其中，图2(a)为焊接处各区域示意图，包括焊缝1、烙合区 2、粗晶粒区3、正火区4、不完全重结晶区5、母材6;图2(b)为焊缝处的晶粒图；图2(c)为烙合 区的晶粒图；图2(d)为粗晶粒区的晶粒图；图2(e)为正火区的晶粒图；图2(f)为不完全重结 晶区的晶粒图；图2(g)为母材的晶粒图。
[0185] W上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可W作出若干改进和润饰，运些改进和润饰也 应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种计算板条铁素体在焊接冷却过程中晶粒尺寸的方法，其特征在于，将焊接冷却 过程温度场和焊接钢种的连续冷却相变CCT曲线图相结合，再通过材料学方法计算板条铁 素体的晶粒尺寸，具体步骤如下： (1) 获取钢种的CCT曲线图，从中得到焊接冷却过程中相变机制发生转变时的温度T。、铁 素体开始析出温度Ar3和结束温度Tf; (2) 获得焊接冷却过程的焊缝及热影响区的温度场，得到某预测点温度随时间变化的 热循环曲线，将热循环曲线横坐标的时间转变为对数坐标，绘制在步骤（1)的CCT曲线图上， 该位置点的冷却速度可以通过公式1计算得到， Vc=(Tmax-T)/t〇 (1)； 其中，V。是冷却速度，单位为°(： · ?Γ1; Tmax是焊接冷却过程最高温度，单位为°c; T是当前温度，单位为°c; to是冷却时间，单位为S; (3) 获得碳在钢种内的扩散系数Dc，单位为cm2 · ?Γ1; (4) 分别获得不同温度下碳在奥氏体与铁素体相界处奥氏体侧和铁素体侧的平衡摩尔 分数以及碳在奥氏体内的摩尔分数：％/α、if 7和忒，然后根据公式2计算与铁素体长大 速率Gf有关的无量纲参数Ω 〇，(2); 其中，Ω〇是与铁素体长大速率有关的无量纲参数； 是不同温度下碳在奥氏体与铁素体相界处奥氏体侧的平衡摩尔分数； 是不同温度下碳在奥氏体与铁素体相界处铁素体侧的平衡摩尔分数； 允是不同温度下碳在奥氏体内的摩尔分数； (5) 通过公式3采用迭代计算的方法求解得到奥氏体晶粒的平均直径dr，通过公式4计 算单位奥氏体有效晶界面积SY，Π ), (4); 其中，do为恒定温度下奥氏体起始平均晶粒直径，单位为cm; dr为当前时刻奥氏体平均晶粒直径，单位为cm; K为常数； η为指数； to是冷却时间，单位为s; SY是单位奥氏体有效晶界面积，单位为cm2; jt是圆周率，取3.1415926; (6) 根据公式5计算铁素体长大速率Gf， (5); 其中，Gf是铁素体长大速率，单位为cm· r1; D。是碳在钢种内的扩散系数，单位为cm2 · ?Γ1; ro是铁素体成长段的极限曲率半径，取1.8 X KT6cm; Ω 〇是与铁素体长大速率有关的参数，由公式2获得； (7) 根据公式6计算铁素体形核速率Is，(6)； 其中，Is是铁素体形核速率，单位为cm· s"1; K2、K3、k为常数，分别取2 · 07 X ΙΟ3、1 · 14 X 109和1 · 38 X 10-23; D。是碳在钢种内的扩散系数，单位为cm2 · ?Γ1; Τ是当前温度，单位为°C; Gf是铁素体长大速率，单位为cm · ?Γ1，由公式5获得； (8) 计算铁素体相变前期和后期的相变率1?、^，在铁素体相变前期，相变主要由 "成核长大"机制驱动，动力学方程如公式7所示，在铁素体相变后期，符合"位置饱和"机制， 动力学方程如公式8所示，其中，分别是铁素体相变前期和后期的相变率，单位为kg · cnf3 · ?Γ1; Is是铁素体形核速率，单位为cm · s"1; Gf是铁素体长大速率，单位为cm · s"1; t为铁素体相变当前时间，单位为s; SY是单位奥氏体有效晶界面积，单位为cm2; Is由公式6获得，Gf由公式5获得，SY由公式4获得； (9) 根据公式9计算铁素体形核总数<，(9); 其中，<是铁素体形核总数； τ。是相变机制发生转变时的温度，单位为°(：; Ar3是铁素体相变开始温度，单位为°C ; Is是铁素体形核速率，单位为cm · s"1; V。是冷却速度，单位为°(： · ?Γ1; I/·是铁素体相变前期的相变率，单位为kg · cnf3 · s"1; T是当前温度，单位为°c; Is由公式6获得，巧由公式7获得，Ar3由步骤(1)中钢种CCT曲线图获得； (10) 通过公式10和11分别计算在γ-α相变前期的铁素体晶粒尺寸和γ-α相变后 期的长大增量ACa；,其中，心1是在y 相变前期的铁素体晶粒尺寸，单位为cm; △尤2是γ -α相变后期的长大增量，单位为cm; 1^、\分别是铁素体相变前期和后期的相变率，单位为kg · cnf3 · ?Γ1; jt是圆周率，取3.1415926; <是铁素体形核总数； SY是单位奥氏体有效晶界面积，单位为cm2; Tf是铁素体相变结束温度，单位为°(：; T。是相变机制发生转变时的温度，单位为°(：; Gf是铁素体长大速率，单位为cm · s"1; V。是冷却速度，单位为°(： · ?Γ1; Τ是当前温度，单位为°C; SY由公式4获得，Gf由公式5获得，由公式7获得，由公式8获得，以由公式9获得， Ar3由步骤(1)中钢种CCT曲线图获得； (11) 铁素体当前的晶粒尺寸为γ -α相变前期的铁素体晶粒尺寸￡^和γ -α相变后期 的长大增量AC2之和，如公式12所示，2. 根据权利要求1所述的计算板条铁素体在焊接冷却过程中晶粒尺寸的方法，其特征 在于，所述步骤（1)中通过热模拟试验机模拟分析不同冷却速度下组织组成及硬度，绘制 CCT曲线，获取钢种的CCT曲线图。3. 根据权利要求1所述的计算板条铁素体在焊接冷却过程中晶粒尺寸的方法，其特征 在于，所述步骤(2)中的焊接冷却过程的焊缝及热影响区的温度场通过CFD软件计算得到。4. 根据权利要求1所述的计算板条铁素体在焊接冷却过程中晶粒尺寸的方法，其特征 在于，所述步骤(2)中的焊接冷却过程的焊缝及热影响区的温度场通过红外热成像仪或热 电偶测量得到。5. 根据权利要求3所述的计算板条铁素体在焊接冷却过程中晶粒尺寸的方法，其特征 在于，所述CFD软件为Fluent有限元分析软件。6. 根据权利要求1所述的计算板条铁素体在焊接冷却过程中晶粒尺寸的方法，其特征 在于，所述步骤(3)中，通过制作扩散偶的方法测得碳在钢种内的扩散系数Dc，所述扩散偶 的方法是将焊接同种类钢片和碳片用钼丝连接在一起制作成扩散偶，加热到焊接最高温度 Tmax后进行降温处理，然后测量扩散系数Dc的方法。7. 根据权利要求1所述的计算板条铁素体在焊接冷却过程中晶粒尺寸的方法，其特征 在于，所述步骤(4)中，不同温度下碳在奥氏体与铁素体相界处奥氏体侧的平衡摩尔分数 f/a不同温度下碳在奥氏体与铁素体相界处铁素体侧的平衡摩尔分数』不同温度下 Λ 碳在奥氏体内的摩尔分数Ζ?通过查询铁碳相图得到。8. 根据权利要求1所述的计算板条铁素体在焊接冷却过程中晶粒尺寸的方法，其特征 在于，所述步骤(5)中采用中间插值法计算d〇、K和η。9. 根据权利要求1所述的计算板条铁素体在焊接冷却过程中晶粒尺寸的方法，其特征 在于，所述钢种为高强度低合金钢，为X65、X70、X80、X90、X100SX120。
【专利摘要】本发明提供一种计算板条铁素体在焊接冷却过程中晶粒尺寸的方法，将焊接冷却过程温度场和焊接钢种的连续冷却相变CCT曲线图相结合，再通过材料学方法计算板条铁素体的晶粒尺寸，步骤为：获取钢种的CCT曲线图；计算预测点的冷却速度；获得碳在钢种内的扩散系数Dc；依次计算无量纲参数Ω0、奥氏体晶粒的平均直径dr、单位奥氏体有效晶界面积Sγ、铁素体长大速率Gf、铁素体形核速率Is、铁素体相变前期和后期的相变率和铁素体形核总数在γ→α相变前期的铁素体晶粒尺寸以及γ→α相变后期的长大增量和之和即为铁素体当前的晶粒尺寸。本发明将焊接冷却过程的温度场与钢种CCT曲线图相结合，计算板条铁素体焊接冷却过程中晶粒尺寸，实现晶粒尺寸的实时计算。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105631132
【申请号】CN201511008465
【发明人】童莉葛, 谷京晨, 白芳, 王立, 尹少武
【申请人】北京科技大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月29日