论文部分内容阅读
Q&P钢是一种具有高强度和较高延伸率相结合的新钢种,其优越的性能主要来自于钢中马氏体和奥氏体双相组织的合理配比。高强度来自于马氏体和合金元素固溶强化的贡献,而高塑性则取决于残余奥氏体的含量及其分布。因此Q&P钢具有较高的屈服强度和抗拉强度,高的应变硬化率和相对较高的高延伸率等特点。在Q&P工艺中,最至关重要的一个步骤就是碳配分过程。碳从过饱和的马氏体扩散入残余奥氏体中,致使奥氏体中富碳,大大提高了奥氏体的稳定性,使其在室温下的残留量增加。碳在过饱和马氏体和残余奥氏体之间的配分是降低系统自由能的自发过程,碳配分过程进行的程度直接影响到最终马氏体的强度、残余奥氏体的含量及其稳定性,并最终影响钢的力学性能。因此,研究碳配分过程非常有必要,而马氏体和奥氏体之间的热力学平衡是碳配分研究的重要内容。Speer建立的二元约束准平衡(constrained paraquilibrium,简称CPE)模型试图描述淬火马氏体和残余奥氏体二者碳配分过程的热力学终点状态。该模型假设存在一个稳定的α/γ界面,C在α和γ两相中的化学势相等,但Fe在其中的化学势不等,且整个碳配分过程中碳化物的析出完全被抑制了。但是因为没有考虑钢中多元合金元素和马氏体中位错对马氏体和奥氏体之间热力学平衡的影响,Speer的CPE模型实际上描述的仅是铁-碳二元合金中铁素体和奥氏体之间的约束准平衡,而不是多组分碳合金钢中马氏体和奥氏体之间的约束准平衡。本文在Speer CPE模型的基础上,建立了真正的马氏体/奥氏体间热力学约束准热力学平衡模型(constrained paraequilibrium between martensite and austenite,简称CPEMA),其中重点考虑了合金元素及位错对碳配分过程的影响。所建立的模型能够预测约束准平衡(CPE)条件下多元碳合金钢系统中淬火马氏体和残余奥氏体中的碳含量。本研究还结合计算机容量大,计算速度快的特点,利用所建立的CPEMA模型,对Q&P钢中的碳配分过程进行数值模拟。还利用可视化的Visual Basic编程语言,编写了具备用户友好界面的计算机应用程序,为研制开发实用的Q&P钢及热处理工艺提供了热力学计算软件,可以为钢种设计实践和生产工艺制定提供指导。为验证本研究建立的碳配分热力学模型,其预测数据首先与文献发表的奥氏体／马氏体和奥氏体/贝氏体碳浓度比值的原子探针测定数据进行了比较,取得较好的吻合结果,验证了本模型的正确性。为进一步验证CPEMA模型的正确性,其预测的马氏体含碳量还被输入进一Q&P钢的强度预测模型,再将预测的强度与实测强度进行比较,同样获得很好的吻合结果,进一步验证了本模型的正确性。上述Q&P钢强度模型是在考虑下述组织特征和假设条件后根据复合材料强度的通用混合定律建立的：1)Q&P钢中马氏体可按照其碳含量分为一次马氏体和二次马氏体,一次马氏体在碳配分前形成,因为在碳配分过程中发生脱碳,其含碳量低于钢的含碳量,二次马氏体在碳配分后在碳富集奥氏体中形成,其含碳量高于钢的含碳量；2)马氏体的强度与碳含量的平方根成正比,与位错密度的平方根成正比；3)不同强度的马氏体对Q&P钢的强度贡献符合通用的复合材料混合定律；4)忽略残余奥氏体对钢强度的影响。上述用于对Q&P钢强度模型进行验证的实测强度数据系利用本实验室自行设计和炼制的Q&P钢,经Q&P工艺处理后,利用电子万能试验机测量获得。