JMartPro 通用钢模块介绍 中仿科技施翀 (Joy) 2011 年 12 月
五. 相转变的计算 1 TTT/CCT Diagrams: 绘制 TTT/CCT 图 2 Advanced CCT: 绘制高级 CCT 图 3 Welding Cycle: 焊接循环 5 Energy Changes: 能量变化计算 7 Simultaneous Preocipiation: 同时沉淀 9 Transfprmation Plasticity: 相变塑性系数计算 4 Martensite: 马氏体转变温度计算 6 Quench Properties: 淬火性能计算 8 Reaustenitisation: 再奥氏体化 10 TTA Diagram: TTA 图绘制
五. 相变计算 1. TTT/CCT Diagrams 热处理生产中, 奥氏体的冷却方式可分为 : 等温冷却和连续冷却 转变开始线 转变终了线 转变中止线 TTT 图 (C 曲线 ): 反映过冷奥氏体等温冷却时, 转变产物类型以及转变量与时间, 温度之间的关系曲线 CCT 图 : 反映过冷奥氏体连续冷却时, 转变产物类型以及转变量与冷却速度的关系曲线
等温冷却的相转变理论依据 Kirkalday & co-workers ( xt, ) 1 dx 2 D T x (1 x) x N /8 q 2(1 x)/3 2 x/3 eff 0 有效扩散系数 D eff 连续冷却的相转变理论依据 : 1 D eff = e( Q eff RT ) m j=1 n i C j a) J.S. Kirkaldy and D.Venugopolan, Phase Transformations in Ferrous Alloys, eds. A.R. Marder and J.I. Goldstein, AIME, (Warrendale, PA: AIME, 1984), 125. b) J.S. Kirkaldy, Scand. J. Met., 20 (1991), 50.
参数设置界面 指定晶粒度 冷却开始温度 转变量
计算结果
五. 相变计算 2. Adcanced CCT 参数设置设置界面 指定晶粒度 冷却开始温度
计算结果
五. 相变计算 3. Quench Properties 淬火 : 将钢加热到临界点 A C3 或 A C1 以上一定的温度, 保温一定时 间, 然后以大于临界淬火速度的速度冷却, 使过冷奥氏体 转变为马氏体 ( 或贝氏体 ) 组织的热处理工艺 淬火的目的 : 提高工件的强度, 硬度和耐磨性
淬火性能计算的理论基础 1 计算一定淬火速度的下的相组成根据 Kirkalday 计算连续冷却的 CCT 图, 得到一定冷速下的相组成 2 基于每一相的合金成分计算该相的相关性能 v P x P x x ( ( x x ) ) 0 v i i i j ij i j i i j i v 3 根据材料的相组成及每个相的性能利用混合定律计算出材料的整体性能 P x P x P P F t III s
淬火性能计算 指定晶粒大小 淬火开始温度, 只要在奥氏体转变开始温度以上即可
计算结果
五. 相变计算 4. 马氏体转变温度计算 马氏体 : 钢从奥氏体状态快速冷却, 抑制其扩散性分解, 得到碳在 α-fe 中的过饱和固溶体, 具有很高的硬度和强度 马氏体转变温度 1 普通热处理, 表征奥氏体热稳定性的转变开始温度 (Ms) 转变终了温度 (Mf) 2 形变热处理, 表征表征奥氏体机械稳定性应力诱导马氏体临界温度 (Msσ) 应变诱导马氏体临界温度 (Md)
马氏体转变温度计算公式 马氏体的形成温度主要取决于奥氏体中的化学成分, 即碳和其他合金元素的含量 1 Ms (1)Andrews: Ms=561-474[%C]-33[%Mn]-17[%Si]-17[%Cr]-21[%Mo] 对于低, 中合金钢精确度较高 (2) 后 Ghosh & Olson 引入温度变量, 使其适用于高合金钢 2 Md[30/50] Md[30/50]=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo
马氏体转变计算的参数设置界面 根据左侧的合金成分, 会自动给出的当钢全部为奥氏体相时马氏体开始转变温度和应变诱导产生 50% 马氏体时温度
计算结果 :
五. 相变计算 5. Simultaneous Preocipiation 计算在回火过程中析出的碳化物和金属间相 (M3C,M2(C,N),M(C,N),M23C6, M7C3,M6C,Laves 相,Z 相 ) 回火 : 将淬火钢加热到低于临界点 A1 以下的某一温度, 保温一定时间, 使淬火组织转变为稳定的回火组织, 然后以适当的方式冷却到室温的一种热处理工艺 先淬火到室温, 再从室温加热到回火温度回火
五. 相变计算 6. Welding Cycle 焊接 : 通过加热或加压, 或两者并用, 也可能用填充材料, 使工件达到结合 的方法 焊接热循环 : 在焊接热源的作用下, 焊件上某点的温度随时间的变化过程 焊接热循环的参数及特征 加热速度 最高加热温度 相变温度以上停留时间 组织结构, 晶粒大小 冷却速度 ( 冷却时间 ) 组织结构
焊接热循环计算 指定晶粒大小 奥氏体转变温度 : 软件会自动计算得到 最大温度 : 加热到的温度上限 加热速率 冷却速率 : 获得不同冷却速率下的信息
计算结果 : 相图 不同冷却速度
五. 相变计算 7. Reaustenitisation 奥氏体化 : 加热工件, 使温度达到 A3 或 A1 以上, 使常温下的铁素体 和渗碳体再转变回奥氏体 再奥氏体化过程 ( 以共析钢为例 ): 奥氏体形核优先在相界处形核 奥氏体长大铁素体逐渐转化为奥氏体, 渗碳体逐渐融入奥氏体 剩余渗碳体溶解 奥氏体成分均匀化通过碳原子的扩散, 奥氏体中碳浓度区域均匀化
再奥氏体化参数设置界面 加热速度保温温度和时间加热前显微结构 : 转变动力学受到显微结构的控制选择 coarse 要比 fine 的转化速度慢
计算结果 :
五. 相变计算 8. TTA Diagram TTA 图 : 描述再奥氏体化过程中, 加热速度 温度与奥氏体化程度之间关系的图 加热速度 均匀化奥氏体奥氏体 + 碳化物 奥氏体 + 铁素体 + 碳化物 铁素体 + 碳化物
参数设置界面
五. 相变计算 9. Transfprmation Plasticity 相变塑性 : 试样在外加应力作用下, 尽管其值小于当时条件 下的屈服强度, 但是发生组织转变时常伴随有不 可逆的塑性变形 相变塑性系数 : 表征外加应力导致的应变难易程度
计算模型 : Greenwood Johnson 模型 ε tp = kσf(2 f) Leblond 模型 ε tp = 3 kf(1 lnf)σ 2 相变塑性系数 K = c (V Vaus ) ( YSaus Vaus)
根据模型不同 c 值不同
五. 相变计算 10. Energy Changes Energy Changes: 计算相变时新相与母相之间的自由能之差随温度的变化曲线 新相形成时系统总的自由能变化 ΔG = ΔG V + ΔG s + ΔG e G/(J.mol) -1 G γ 当 T=T0(A1) 时,GP=Gγ G P γ 当 T>T0(T=T1) 时,GP> Gγ G P GP γ<0 T G P γ T 1 即 Gγ-GP <0, 驱动力能够克 服相变阻力, 奥氏体自发形成 O T 2 T 0 (A 1 =727 ) t/ 当 T<T0(T=T2) 时, GP< Gγ GP γ>0
参数设置界面 :
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