很多人不知道鋼中馬氏體相變行為的相場(chǎng)模擬研究的知識(shí)，小編對(duì)關(guān)于鋼的馬氏體相變的晶體學(xué)的研究進(jìn)行分享，希望能對(duì)你有所幫助！

本文導(dǎo)讀目錄：

1、鋼中馬氏體相變行為的相場(chǎng)模擬研究

2、關(guān)于鋼的馬氏體相變的晶體學(xué)的研究

3、馬氏體晶體的結(jié)構(gòu)組織形態(tài)

鋼中馬氏體相變行為的相場(chǎng)模擬研究

　　【摘要】：馬氏體相作為鋼中最重要的相之一,在很大程度上決定了鋼的強(qiáng)韌性。

　　因此,對(duì)于馬氏體相變及其逆相變過程的控制是提高鋼強(qiáng)韌性的重要手段。

　　工業(yè)上一個(gè)普遍的做法是通過復(fù)雜的熱處理過程等實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼中馬氏體及殘余奧氏體占比的調(diào)控,以達(dá)到改善鋼的性能的目的。

　　但這種復(fù)雜工藝下的馬氏體相變及其逆相變行為往往伴隨著復(fù)雜的微觀組織演化過程,而目前的實(shí)驗(yàn)或理論手段很難對(duì)這種微觀組織演化進(jìn)行準(zhǔn)確觀察和預(yù)測(cè)。

　　另一方面,相場(chǎng)模擬作為微觀組織預(yù)測(cè)的有效手段已經(jīng)在材料領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

　　然而,對(duì)于馬氏體相變的相場(chǎng)模擬目前主要集中于馬氏體相變的模擬實(shí)現(xiàn)、馬氏體相變過程中的變體取向關(guān)系、形核因素和特定現(xiàn)象等,對(duì)于復(fù)雜工藝下的馬氏體相變及其逆相變行為鮮有研究。

　　采用相場(chǎng)模型對(duì)這種復(fù)雜組織演化過程的模擬有助于彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)和理論手段在微觀尺度方面的不足,從熱力學(xué)角度加深對(duì)相變行為和微觀組織形貌形成的理解。

　　本文在相場(chǎng)微彈性模型基礎(chǔ)上,分別結(jié)合描述微觀塑性流動(dòng)的時(shí)變Ginzburg-Landau方程、多序參量的Allen-Cahn方程和Cahn-Hilliard方程,實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜的馬氏體相變及其逆相變行為的預(yù)測(cè)。

　　采用有限元和有限差分方法對(duì)多組相場(chǎng)模型進(jìn)行數(shù)值求解,在保證求解精度的同時(shí)提高求解效率。

　　本文分別研究了QP工藝配分階段的復(fù)雜馬氏體相變行為、臨界退火過程中的馬氏體逆相變現(xiàn)象以及相變加載過程中的馬氏體相變塑性,且模擬結(jié)果與已有實(shí)驗(yàn)結(jié)果或理論是一致的。

　　具體的研究內(nèi)容和結(jié)論包括:結(jié)合Fe-0.22C-1.58Mn-0.81Si(wt.%)鋼馬氏體相變動(dòng)力學(xué)曲線,通過修正系數(shù)使相場(chǎng)微彈性模型實(shí)現(xiàn)對(duì)變溫馬氏體相轉(zhuǎn)變量的預(yù)測(cè)并與實(shí)測(cè)值相近。

　　由于碳元素在未轉(zhuǎn)變奧氏體內(nèi)部的累積增強(qiáng)了未轉(zhuǎn)變奧氏體的穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)合金鋼二次淬火后殘余奧氏體含量高于直接淬火結(jié)果。

　　同時(shí)發(fā)現(xiàn)二次淬火后奧氏體含量低于一次淬火后結(jié)果,這表明Fe-0.22C-1.58Mn-0.81Si(wt.%)鋼配分80s后碳元素的再分布行為并不能完全穩(wěn)定未轉(zhuǎn)變奧氏體。

　　對(duì)比不同一次淬火冷卻溫度所對(duì)應(yīng)的馬氏體相變動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果,存在一個(gè)最優(yōu)化淬火冷卻溫度(約為290℃或300℃)可獲得最多的殘余奧氏體含量。

　　在原有相場(chǎng)微彈性模型基礎(chǔ)上耦合Cahn-Hilliard方程,并假設(shè)配分過程中的馬氏體相變始終處于穩(wěn)定狀態(tài)實(shí)現(xiàn)對(duì)模型中真實(shí)和非真實(shí)兩種時(shí)間尺度的統(tǒng)一,構(gòu)建出可描述配分階段等溫相變行為和相應(yīng)碳元素?cái)U(kuò)散的相場(chǎng)模型。

　　研究發(fā)現(xiàn)界面遷移現(xiàn)象發(fā)生于配分階段早期并呈現(xiàn)出馬氏體逆相變行為,且不同配分溫度下的界面遷移行為相似。

　　由于一次淬火所形成的系統(tǒng)內(nèi)部彈性應(yīng)變能的非均勻分布,這種界面遷移是各向異性的。

　　經(jīng)過一定的孕育期以后,研究表明在化學(xué)和彈性驅(qū)動(dòng)力的共同作用下等溫馬氏體將以切變型相變的方式生成。

　　等溫馬氏體相變受配分溫度影響顯著,并導(dǎo)致不同配分溫度下相變動(dòng)力學(xué)曲線的明顯差異。

　　通過結(jié)合相場(chǎng)微彈性模型和多相場(chǎng)模型,實(shí)現(xiàn)對(duì)臨界退火過程中切變型和擴(kuò)散型逆相變微觀組織演化的預(yù)測(cè),模擬對(duì)象選用室溫下為全馬氏體組織的Fe-9.6Ni-7.1Mn(at.%)以排除殘奧影響。

　　研究發(fā)現(xiàn)切變型逆相變過程中600℃等溫條件下在馬氏體板條間具有針狀逆變奧氏體生成,且在隨后的擴(kuò)散型相變中繼續(xù)生長。

　　擴(kuò)散型相變過程中不同退火溫度下均具有球狀逆變奧氏體產(chǎn)生,這種球狀?yuàn)W氏體形核于大角原奧晶界并與鄰近馬氏體板條具有局部取向關(guān)系。

　　隨著演化進(jìn)行,球狀?yuàn)W氏體將優(yōu)先沿著原奧晶界的一側(cè)生長。

　　相場(chǎng)模型中引入合金影響系數(shù)描述不同合金元素對(duì)化學(xué)Gibbs自由能的貢獻(xiàn),同時(shí)考慮退火過程中Mn和Ni元素的擴(kuò)散行為。

　　結(jié)果證實(shí)針狀?yuàn)W氏體內(nèi)合金元素富集程度很高,表明其相變過程可用以界面控制為主導(dǎo)的混合控制模式描述;球狀?yuàn)W氏體內(nèi)合金元素富集程度很低,其相變過程可用以擴(kuò)散控制為主導(dǎo)的混合控制模式描述。

　　在擴(kuò)散型相變后期,由于兩類逆變奧氏體中合金元素富集的差異以及系統(tǒng)內(nèi)部梯度能的影響,球狀?yuàn)W氏體將入侵針狀?yuàn)W氏體。

　　這種入侵行為可以促使臨界退火過程中形成晶粒細(xì)化現(xiàn)象。

　　將一個(gè)時(shí)變Ginzburg-Landau形式方程耦合到相場(chǎng)微彈性模型,用于描述馬氏體相變過程中的微觀塑性流動(dòng)行為,構(gòu)建出彈塑性相場(chǎng)模型。

　　利用該模型分別研究了單軸、雙軸、剪切和軸向-剪切混合加載下的馬氏體相變塑性行為。

　　當(dāng)載荷低于奧氏體屈服強(qiáng)度的一半時(shí),單軸加載結(jié)果表明馬氏體相變塑性系數(shù)與載荷大小和方向無關(guān)。

　　若雙軸加載的載荷差值等于單軸加載下的載荷值時(shí),兩種加載條件具有近似的變體擇優(yōu)取向和相變塑性行為。

　　在相同的等效應(yīng)力水平下,不同軸向-剪切混合加載組合可以得到相同的等效相變塑性應(yīng)變水平。

　　加載條件下馬氏體相變具有變體擇優(yōu)取向行為,且這種擇優(yōu)取向性與外加載荷的大小和方向相關(guān):加載方向決定了擇優(yōu)取向變體種類,載荷數(shù)值影響變體擇優(yōu)取向的程度。

　　由于外加能量項(xiàng)對(duì)系統(tǒng)總自由能貢獻(xiàn)的不同,軸向和剪切加載引起的變體擇優(yōu)取向規(guī)律是不同的,這也導(dǎo)致軸向-剪切混合加載過程中變體擇優(yōu)取向不具有規(guī)律性。

　　Magee和GreenwoodJohnson機(jī)制共同作用于馬氏體相變塑性行為,Magee機(jī)制起主導(dǎo)作用。

關(guān)于鋼的馬氏體相變的晶體學(xué)的研究

　　本文重新分析了K-S切變與貝茵應(yīng)變二種馬氏體相變理論,發(fā)現(xiàn)二者具有同一的原始奧氏體晶胞。

　　高錳TRIP(transformation-inducedplasticity)鋼在變形過程中能夠發(fā)生馬氏體相變,因而具有優(yōu)異的強(qiáng)度、塑性和加工硬化行為。

　　在高應(yīng)變速率條件下高錳TRIP鋼的塑性不減,因而有著廣泛的應(yīng)用背景。

　　本文對(duì)高速變形條件(103s-1)下的馬氏體相變?nèi)∠蛞蕾囆?、變體選擇、動(dòng)力學(xué)特征以及裂紋擴(kuò)展規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)研究,同時(shí)利用馬氏體相變模型對(duì)TRIP過程的晶體學(xué)特征進(jìn)行理論計(jì)算。

　　此外,對(duì)高錳TRIP鋼在冷軋過程(1s-160取向差的'-M變體對(duì)可優(yōu)先出現(xiàn)。

　　應(yīng)變速率對(duì)壓縮變形的動(dòng)力學(xué)過程具有顯著影響,變形前期的馬氏體相變尤其是-M→'-M相變速率顯著提高,變形中、后期的TRIP效應(yīng)被抑制。

　　樣品形狀顯著影響高速壓縮時(shí)絕熱剪切帶附近的裂紋擴(kuò)展。

　　在相同的壓縮條件下,柱形樣的裂紋總是沿絕熱剪切帶內(nèi)細(xì)小的等軸奧氏體晶粒擴(kuò)展。

　　帽形樣的裂紋可在基體中的'-M附近擴(kuò)展,擴(kuò)展方式可以是穿晶也可以是沿晶。

馬氏體晶體的結(jié)構(gòu)組織形態(tài)

　　馬氏體晶體的鑒定則主要是測(cè)定鋼和一些鐵基本合金的基本結(jié)構(gòu)組織的一種特征性質(zhì)。

　　同時(shí)馬氏體晶體的形態(tài)結(jié)構(gòu)組織與馬氏體晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)組織也會(huì)根據(jù)變化而變化，這樣我們?cè)趯?duì)馬氏體晶體的機(jī)構(gòu)性能的產(chǎn)生變化是的影響的。

那么以上的內(nèi)容就是關(guān)于鋼中馬氏體相變行為的相場(chǎng)模擬研究的介紹了，關(guān)于鋼的馬氏體相變的晶體學(xué)的研究是小編整理匯總而成，希望能給大家?guī)韼椭?/p>