热变形低碳钢中奥氏体静态再结晶介观尺度模拟
2、钢的奥氏体形变与再结晶
c0.83p p 真应力-真应变曲线上应力峰值p所对应的应变量 p的大小与钢的奥氏体成分和变形条件（温度、速度）有关。
ε Aσ exp( Q/RT)
n
Z exp(Q / RT ) A
A：常数 R：气体常数 Q：变形活化能 T形速率因子，可表示
控制轧制方式示意图
(a) 奥氏体再结晶区控轧；(b) 奥氏体未再结晶区控轧；(c) (+)两相区控轧
第二阶段： 在第一阶段动态软化不能完全抵消加工硬化。随着变形量的 增加，位错密度继续增加，内部储存能也继续增加。当变形量达 到一定程度时，将使奥氏体发生另一种转变—动态再结晶。 动态再结晶的发生与发展使更多的位错消失，材料的变形应 力很快下降。由再结晶形成的新晶粒又发生了变形，产生了加工 硬化，加上新晶粒得到了细化，金属材料的变形应力仍然高于原 始状态的变形应力。 发生动态再结晶所必需的最低变形量称为动态再结晶的临界变 形量，以c表示，临界变形量的大小表征了奥氏体发生动态再结 晶的难易程度，而且可以通过改变工艺参数找出影响临界变形量 的各种因素，因此研究临界变形量是研究奥氏体动态再结晶的一 种好方法。
• 热加工中的软化过程分为:
（1）动态回复; （2）动态再结晶； （3）亚动态再结晶； （4）静态再结晶； （5）静态回复。 • 动态：在外力作用下，处于变形过程中发生的。 • 静态：在热变形停止或中断时，借助热变形的余热，在无 载荷的作用下发生的。
2.1 热变形过程中钢的奥氏体再结晶行为
热塑性加工变形过程是加工硬化和回复、再结晶软化过程 的矛盾统一 ，加工硬化和高温动态软化过程同时进行，根据这 两个过程的平衡状况来决定材料的变形应力。
48
64
– 静态回复
– 静态再结晶 – 亚动态再结晶
钢材的控制轧制和控制冷却(2)
热变形后在静态再结晶区所得到的再结晶 晶粒尺寸随变形量的增大而细化，而受变 形温度的影响较小；在动态再结晶区所得 到的再结晶晶粒尺寸主要受温度影响，受 变形量的影响较小。
§2.2 热变形间隙时间内A再结晶行为
§2.3 动态再结晶的控制
一、动态再结晶发生的条件
用Z因子（温度补偿变形速率因子）来讨论动态 . 再结晶的条件：Z＝εexp(Q/RT)=Aσn Z一定时，ε↑，材料组织发生动态回复→部分动态 再结晶→完全动态再结晶； ε一定时，Z ↑，材料组织发生完全动态再结晶→ 部分动态再结晶→动态回复； 临界值Zc：ε一定时，Z值大于该值时得不到动态 再结晶组织，Zc随着ε而变化，ε越大，则Zc值越 大。
热加工的静态再结晶是在变形后发生的，是利 用热加工的余热进行的，它与冷加工再结晶的 区别是不需要重新加热。
一、静态再结晶的形核机
再结晶晶核由亚晶成长机构和已有晶界的局部 变形诱发迁移凸出形核产生； 形核部位优先在三叉晶界，其次是晶界； 再结晶的驱动力是储存能，以缺陷伴生的能量 方式存在 .
动态再结晶能否发生，由Z和ε决定。
§2.3 动态再结晶的控制
§2.3 动态再结晶的控制
Z参数越小（即 T越高），越容 易发生动态再结 晶，再结晶的临 界变形量越小； Z一定时，初始 晶粒尺寸D0越 小，越能在较低 的ε下发生动态 再结晶。
§2.3 动态再结晶的控制
二、动态再结晶的组织特点
平均晶粒尺寸D只由加工条件 . Z (T,ε)来决定
第一阶段：当塑性变形较小时，随着变形 量的增加，变形抗力增加，直到最大值。
低合金钢Q345E静态再结晶模型研究
ｖ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗｅ ｒ ｅ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ．
Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｑ ３ ４ ５ Ｅ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ； ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ ｒ ｅ ｃ ｒ ｙ ｓ ｔ ａ ｌ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ；ｋ ｉ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｓ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ； ｒａ ｇ ｉ ｎ ｓ ｉ ｚ ｅ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ
Ｎｏ ． １
《 大型铸锻 件》
Ｈ ＥＡＶＹ ＣＡＳ ＴＩ ＮＧ ＡＮＤ Ｆ０ＲＧＩ ＮＧ
Ｊ ａ ｎ ｕ ａ ｒ ｙ ２ ０１ ４
低合金钢 Ｑ ３ ４ ５ Ｅ静 态 再 结 晶模 型研 究
李 佳 张 秀芝 刘建 生
（ 太原科技大学材料科学与工程学 院， 山西 ０ ３ ０ ０ ２ ４） 摘要 ： 利用 Ｇ ｌ ｅ ｅ ｂ ｌ ｅ 一 １ ５ ０ ０ Ｄ热模拟试验 机对低合金高强度结 构钢 Ｑ ３ ４ ５ Ｅ进行高温 双道 次热压缩试验 ， 研究 不 同变形参数下 Ｑ ３ ４ ５ Ｅ钢在变形奥 氏体 区 的软 化行 为 ， 分 析各 变形参 数对 该钢静 态软 化的影 响 。通过 采用 ０ ． ２ ％应力补偿法计算得到静态再结 晶百分数 ，确定 了 Ｑ ３ ４ ５ Ｅ钢 的静态再 结 晶激 活能 ，建立 了静 态再 结晶动
Q345E钢奥氏体动态再结晶行为研究及数学模型的建立
再结 晶是最终决 定材料 晶粒 尺寸 的诸 多关键 因素之
一
，
而 晶粒尺寸在很大程度上 又决定 了产 品的最终 显
ｏ １１０ｏ、 ５ 经 ３ 短时均 温后 ， 温度分 Ｃ、 ０ １１０ｏ Ｃ Ｃ， ０ｓ 各
微组织 和力学性 能。因此 ， 分析热变形过程 中动态 再
别 以 ０ １ｓ 、． ｓ 、 ｓ 、０Ｓ－ ． － ０１ ～ １ ～ １ 的应变速率 进行热压 ０ ！ － 缩变形 ， 变形量均为 ６ ％， ０ 变形后立 即淬火至室温 。 在
试 验过程 中实时采集应力一 应变数据 。
结 晶发生 的机理及其相应 的组织演 化过程 ， 通过优 化 工艺参数 ， 以达到获得理想组织和性能 的 目的。 热变形过程中 ，金属内部 同时进行着加工硬化与 回复再结 晶软化两个相反的过程 。而热加工后 的组织 与性能受热加工 时的硬化过程 和软化过程 的影 响 ， 而 这个过程 又受变形温度 、 应变速率 、 变形程度 以及金 属
晶很大程度上影 响着材料 内部 的显微组织状态 ， 动态
流变应力 ， 工艺参 数为 ： 具体 加热温度 ： ２ ０ｏ ， １ ０ 加热 Ｃ
速 度 ： ／， 温时 间 ： ｍ ｎ 冷却 速度 ： ｏ／， ５ｏ ｓ保 Ｃ ５ ｉ， ５ Ｃ ｓ变形
温 度 ：０ ８ ０ｏ ９０ ｏ ９ ０℃ 、 ０ ０ ｏ １０ ０ ８０ ｏ ５ Ｃ、 Ｃ、０ Ｃ、５ １ ０ Ｃ、 ５
（） １钢在 热变形过 程 中 ， 材料 的加工硬 化和 动态
软化两种机制同时起作用 。 应力应变 曲线表现为两种
形式 ， 一种是动态再结晶型 ， 一种是动态 回复 型。
（ ） 动态再结 晶发生 时 ， ２有 应力 曲线 出现 峰值后
SWRH82B钢热变形奥氏体动态再结晶规律及模型研究
２ 实验 结果与 分析
图１ 所示 为 ８Ｂ钢在不 同变形温度下的真应力一 ２ 真应变曲线．
佃… 一 ＿ ＿ … 一ｌ Ｉ ； ｌ ■＿谳■ ｌ 黟 …… … 一 …
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一 …
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＿ ～Ⅷ 协 。 ｌ 一 一 ｌ～娌 ｌ 一 一ｌ ＿ 一 ～
Ｓ Ｈ２ ＷＲ ８ Ｂ为研 究对象 ， 通过研究变形速率 、 变形温度等形变参 数对该钢热变形奥 氏体 晶粒特 征的影响 ， 了解其动态再结 晶规律 ， 为制定合理的控轧控冷工艺 ， 生产 出综合性能优 良的 Ｓ Ｈ８Ｂ提供依据“ ＷＲ ２ ．
１ Байду номын сангаас验材 料及 方法
１ 试 样 的 准备 ． １
Ｃ Ｅ ｕ—ｅ’ Ｕ Ｂ ｎ ｊｎＷｕａｇｒｅ Ｈ Ｎ Ｒ ｉｆ ，Ｘ ｅ －ｕ ’ ｌｎｅ ｌ ｉ ， ｉ （．ｏ ｅｅｏ ｔｒｌ ａｄ Ｍｅ ｌ ｒ ，Ｇ ｉ ｏ ｎ ｅｓｙ Ｇ ｉ ｎ ５０ ３ ｈｎ； ． ｏ ｅｅｏ ｈｍ ｓｙａｄ １ ｌ ｇ ｆＭａ ｉ ｓ ｎ ｔｌ ｇ ｕｚ ｕ Ｕ ｉ ｒｔ， ｕ ａｇ５ ００ ， ｉａ ２ Ｃ ｌ ｇ ｆＣ ｅ ｉｒ ｎ Ｃｌ ｅａ ａｕ ｙ ｈ ｖ ｉ ｙ Ｃ ｌ ｔ Ｃ ｅ ｃ ｎｉｅｒ ｇＩｎｒＭ ｎ ｏａ Ｕ ｉｅｓｙｆ ａ ｏａ ｔ ｓ ｏｇ ａ ２０ ３Ｃ ｉ ） ｈｍｉ Ｅ ｇ ｅｉ ， ｅ ｏ ｇｌ ｎｖｒｔ ｏ Ｎ ｔ ｎｌｉ ，Ｔ ｎｌ ｏ０ ８ ，ｈｎ ｌ ａ ｎ ｎ ｎ ｉ ｉ ｒ ｉ ｉｅ ｉ ４ ａ
作者简介 ： 飞（９ ３ ）男 ， 陈瑞 １８ 一 ， 辽宁省沈阳市人， 在读硕士研究生 ， 主要从事钢铁冶金方 面的研究
５０ ０
内 蒙
古
民
低碳钢奥氏体再结晶模型的建立
低碳钢奥氏体再结晶模型的建立
沈丙振;方能炜;沈厚发;柳百成
【期刊名称】《材料科学与工艺》
【年(卷),期】2005(013)005
【摘要】为了描述低碳钢变形过程的组织演化,建立了一套完整的奥氏体动态再结晶、静态再结晶、亚动态再结晶模型.本文利用Gleeble试验机研究不同初始晶粒度、变形温度、应变和应变速率对奥氏体再结晶量和晶粒尺寸变化的影响.流变应力模型考虑了变形条件对模型系数的影响.利用测得的应力-应变曲线及晶粒度由多元非线性回归得出了奥氏体再结晶模型系数,并且由模型计算的峰值应变、稳定应变、硬化区流变应力、再结晶体积分数、晶粒尺寸和实际接近.
【总页数】5页(P516-520)
【作者】沈丙振;方能炜;沈厚发;柳百成
【作者单位】清华大学,机械工程系,北京,100084;清华大学,机械工程系,北
京,100084;清华大学,机械工程系,北京,100084;清华大学,机械工程系,北京,100084【正文语种】中文
【中图分类】TG335.11
【相关文献】
1.Q235低碳钢静态再结晶模型的建立 [J], 窦晓峰;鹿守理;赵辉
2.低碳钢热变形奥氏体的再结晶行为 [J], 李治华;吴迪;赵宪明;许云波;王国栋
3.低碳钢Q235形变奥氏体的静态再结晶 [J], 王瑞珍;杨忠民;车彦民
4.热变形低碳钢中奥氏体静态再结晶介观尺度模拟 [J], 郑成武;兰勇军;肖纳敏;李殿中;李依依
5.低碳钢Q235奥氏体的动态再结晶与动态相变 [J], 王瑞珍;杨忠民;车彦民
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IF钢热变形铁素体的静态再结晶行为研究
冷 却到 变形 温 度 （ ５ 、７ ０ ） ８ ０ ５ ℃ ，保 温 ６ ｓ 进 行 ０后 第一 次 压 缩 ，变 形 量 为 ３ ％ ，变 形 速 率引言
这 对于 控制 轧制 和产 品的最 终性 能有 重 要影 响 。
２ 试 验 方 案
近年 来 超 薄 热 轧 钢 板 （＜１２ ． ｍｍ） 在 建 筑 、 汽车 和饮料 等行 业得 到 了广泛 应用 。但 是 ，用 常规
试验 用 Ｉ Ｆ钢 的化 学 成 分 见 表 １ 。在 Ｇ ｅｂ一 ｌｅ
ｖ ｒｉ ｆＳ ｉｎ ｅ ａ ｄＥｎ ｉｅ ｒ ｇ，Ｔ ｎ ｓ ａ ｅｓｙ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｇｎ ｅｉ ｔ ｎ ａ ｇ ｈ ｎ，Ｈｅ ｅ ，０ ３ ０ ｂ ｉ ６ ０ ９）
Ａｂｓｒ ｃ ： Ｔｈ ｏ ｅ ｄ ａ ｔｖｉ ｆｄｅ ｏ ｍ ｅ ｉ ｈ — ｔｍ ｐｅ ａｕ ｅ ｆ ｒｉｅ ｏ Ｆ ｓｅ ｌｗ ｉ ｉ ｎｔｒ ａ ｓｅｓｉ ｔａ ｔ ｅ ｓ ｆ ｎｅ ｃ ｉ ｔ ｏ ｆ ｒ ｄ ｈ ｇ ｔ ｙ ｅ ｒ ｔｒ ｅ ｒｔ ｆ Ｉ ｔｅ ｔ ｎ ｉ ｅ ｖ ｌｏｆｐａ ｓ ｓ ｈ ｒ ｓ ａ ｃ ｅ ｔ ｗｉ —ｐａ ｓ ｃ ｍ ｐ ｅ ｓｏｎ ｍ ｅｈｏ ｎ Ｇｌ ｅ 一 １ ０ ｔｅ ａ ｉ ｕ ａｉ ｇ ｔ ｓ ａ ｈｉ ｅ ｅ ｒ ｈ ｄ ｗｉｈ ｔ ｎ ｓ ｏ ｒ ｓ ｉ ｔ ｄ ｏ ｅ ｂ ０ ｒ ｌｓｍ ｌ ｔｎ ｅ ｔｍ ｃ ｎｅ，ｔ ｅ ｉ ｆｕ ５ ｈ ｍ ｈ ｎ — ｌ ｅ ｃ ｆ ｔｍ ｐ ｒ ｔ ｅ ａ ｄ ｉ ｔｒ ａ ｉ ｅ ａ ｌ ｚ ｄ． Ｉ ｓｃ ｎｃｕ ｄ ｔ ｔｔｃ ｒ ｃｙｓａｌｚ ｔｏｎ ａ ｔｖ ｔｏ ｎｅ ｇ ｆ ｎ ｅ ｏ ｅ ｅ ａｕｒ ｎ ｎ ｅ ｌｔｍ ｎａｙ ｅ ｖ ｔｉ ｏ ｌ ｄｅ ｈｅ ｓａｉ ｅ ｒ ｔｌｉ ａｉ ｃ ａ ｎ ｅ ｒ ｙ ｏ ｉ ｉ
热变形奥氏体静态再结晶规律的研究
区间内 ， 奥氏体晶粒 能够发生静态再 结 晶； 当温度为
９５℃以下 时 ， ２ 变形 １ 后再结 晶率 只有 １ ％左右 ， ０ｓ ０ 也就是 说 ， ９５℃ 以下 ， 于奥 氏体未再 结 晶 区， 在 ２ 处 因此 ， 以推断 ， ３ ５ 可 Ｑ ４ Ｅ实验钢 的奥 氏体再 结 晶终 止
ｏｒ ｍ 一
０
２ ２ 结果 分析 与讨 论 ．
利 用上述 方法 ， 在热 模拟 仪上 测得 不 同温 度 和
道次间隔时间 内的应 力 一应变 曲线 ， 计算 出静 态再 结 晶率 ， 由此绘 制 出软化率 一时间 的曲线 如图 ３所
刁 。
插法计算材料 的软化 率 ， 因为 剔除 了变形 后 因静 态 回复所产生 的软化 ， 以近似 地认 为材 料 的软化 率 可 代表材料的静 态再结 晶率 ， 比较能 够准 确地 反 映实 际情况。计算静态软化率 的方法示意如 图 ２ 。 奥氏体变形 后 的静 态 再结 晶率 （ ｓ 的测 定 方 Ｘ）
别 １０ ９０℃时 ， ０ ０ｑ ５ Ｃ、 软化率分别 达 ４ ％ 、 ． ％ ， ５ ２ ４ 软 ７
化率随着温度的降低而减少 ， 以认 为 ， 可 在这 个温度
越快 ， 故此时 已不具备发生动态再 结晶 的条 件 ， 而是
以静态再结晶为主 。也就是说 ， Ｑ ４ Ｅ中板 热轧 ， 对 ３５ 再结 晶软化不充分较为普遍 ， 使金 属 内产生 “ 留应 残
温度进行双道次压 缩变形 ， 录变形 过程 的应力一 记 应 变 曲线 ， 形 温 度 范 围取 ８０ ８０ ９０ ９５ ９０ 变 ５ 、 ８ 、０ 、 ２ 、 ５ 、
１０ ０ ０和 １５ ℃ ， 次 间 隔 时 间 取 １ ５ １ 、０ ６ 、 ００ 道 、 、０ ２ 、０
Q345钢热变形奥氏体晶粒尺寸的数值模拟
24
如图 2 所示，其中 AB、CD 边定 义为刚性边，EF 为热模拟试样的 轴对称中心线，G、H 是沿轴向高 度一半的位置试样心部和边部的 节点。试样采用 Ф8×15mm 的圆 柱，变形温度 1000℃，变形速率 取 0.05s-1。根据热模拟试验数据， 建立了该钢种的材料数据库， 分别 采用 Hodgson 再结晶模型和本文
表 2 动态再结晶晶粒尺寸
Table2 Measured grain sizes after dynamic recrystallization (µm)
应变速率/s-1 温度/K 0.01 1273K 时的奥氏体晶粒尺寸(µm) 1373 K 时的奥氏体晶粒尺寸(µm) 43 72 0.1 33 60 0.3 24 47
则335900exp1080711则峰值应力1712峰值应变103313242动态再结晶晶粒尺寸研究表明当变形达到稳态流变应变后动态再结晶和动态回复造成的软化与应变硬化达到平衡动态再结晶晶粒尺寸不再随应变变化动态再结晶晶粒尺寸和初始晶粒大小无关动态再结晶晶粒尺寸同z因子有如下关系drxaz为常数z为zenerhollomon参数为了测定奥氏体晶粒尺寸沿热模拟试样的轴向切开经过砂纸研磨抛光后用过饱和苦味酸水溶液少量海鸥牌洗发膏腐蚀剂热腐加热温度在6080之间腐蚀时间大约分钟左右
(10)
5.807 Z = 42.14 ⋅ σ P
(11)
则峰值应力 σ p = 0.525 ⋅ Z 0.17
(12)
峰值应变[5] ε p = 1.33 ×10 −3 ⋅ Z 0.188
热变形低碳钢中奥氏体静态再结晶介观尺度模拟
热变形低碳钢中奥氏体静态再结晶介观尺度模拟近年来，全球能源紧张，经济发展与环境保护相结合，特别是在汽车，船舶，建筑和其他行业，低碳钢成为广泛应用的重要材料，它具有轻质、耐腐蚀性好、可再利用等优点。
为了满足高性能钢的需求，开发奥氏体再结晶的新材料一直是一个挑战性的任务。
因此，研究低碳钢中奥氏体静态再结晶的介观尺度模拟有助于改善钢材的加工性能，提高工程使用价值。
奥氏体静态再结晶是冷变形钢再结晶的一种方式，有利于改变钢材的组织结构，优化力学性能。
这也是当前钢材热处理及组织优化研究的一个热点。
近年来，利用模拟软件，通过分子动力学和速度跟踪技术，研究了热变形钢中奥氏体静态再结晶动力学行为。
研究表明，在热变形低碳钢中，奥氏体静态再结晶具有较好的结构变化，其原因是因为钢材中的碳溶解，以及各种细胞因素的作用。
例如，在高温下，析出奥氏体细胞因素和多晶因素逐渐增加，原子开始迁移，从而形成新的细胞构型，激活细胞分裂，从而改变钢材的组织结构。
此外，不同温度下热变形低碳钢中奥氏体静态再结晶的动力学行为也有所不同，随着温度的升高，其定型时间也在缩短。
另外，从组织结构上看，热变形低碳钢中奥氏体静态再结晶会对晶界及面界的外形、显微组织的形态、晶间界面的位错密度及结晶度等产生重要影响，进而对钢材的力学性能有较大影响。
基于以上研究，有必要深入分析热变形低碳钢中奥氏体静态再结晶的介观尺度模拟，以确定奥氏体静态再结晶的动力学行为，优化晶粒尺寸结构的变化，以及其对钢材加工性能的影响，以促进钢材组织结构的优化，提高工程使用价值。
总之，本文对热变形低碳钢中奥氏体静态再结晶介观尺度模拟进行了较为深入的研究，针对其动力学特性及其对钢材性能的影响，提出了优化设计方法，实现了钢材材料性能及其组织结构的优化，为有效地提高钢材的加工性能和工程使用价值提供了参考。
静态再结晶-2
t0.5=B ε-1.8
ε<εp
式中B为常数。从图中可以看出， 在 ε < εp 的条件下，㏑t0.5与 ㏑ε 成 线性关系，且 ε 越小， t0.5 越大； 在ε >ε p的情况下， t0.5对ε 的依 赖关系有所减弱；变形进入稳态 的流变状态后，t0.5与ε 无关。
图 4.28 t0.5与ε之间的关系 加热温度：1100℃ 应变速率：0.306S-1
45V 45V
0.0875 0.0675 0.0950
0.0500 0.0040 0.0414
1000 45#
45V
900
1.06 0.65
0.12 0.10
0.0250 0.0375
0.0025 0.0367
45#
可见在第一个10S内材料发生静态再结晶，晶粒迅速长大， 之后开始正常的晶粒长大，粗化速率开始随时间的增加而 减小，超过40S后粗化速率基本保持不变。 退火温度也影响晶粒的粗化速率，随退火温度的降低，粗 化速率也降低。 在钢中加入的钒抑制再结晶奥氏体的晶粒长大，并且退火 温度越低钒的抑制作用越大。如在900℃退火时晶粒几乎 不发生长大。
图4.31 预应变量对静态再结晶晶 粒尺寸的影响 加热温度：1100℃ 变形温度：1000℃ 应变速率：0.306S-1
经上述分析，静态再结晶晶粒尺寸drex与预应变量ε 和变形条件Z值之 间存在如下关系：
drex=A’Z-0.164 ε
-0.38
ε <ε
p
如把 drex 与 Z-0.164ε -0.38 的关系绘于图4.32，可见其线性关系 很好，根据此图就可预测任何条件下的静态再结晶晶粒尺寸。
1000 950 950
低碳钢中奥氏体向铁素体等温转变的相场法模拟的开题报告
低碳钢中奥氏体向铁素体等温转变的相场法模拟的开题报
告
一、研究背景和意义
低碳钢是一种重要的工业金属材料，广泛应用于机械、建筑、电力等领域。
低碳钢的性能不仅取决于材料的化学成分和物理结构，还受到加工工艺和热处理等因素的影响。
奥氏体向铁素体等温转变是低碳钢热处理过程中的关键现象之一，对低碳钢的微观结构与力学性能有着重要影响。
因此，探究低碳钢奥氏体向铁素体等温转变的机理和规律，对于优化低碳钢的组织结构和性能有着重要意义。
二、研究方法和内容
相场法是一种计算材料相变过程的数值模拟方法，已经在材料科学和工程中得到广泛应用。
本研究将采用相场法模拟低碳钢中奥氏体向铁素体的等温转变过程。
主要内容包括以下几个方面：
1. 建立低碳钢中奥氏体向铁素体等温转变的相场模型。
考虑调和近似和Ginzburg-Landau函数，构建相场方程，对低碳钢中奥氏体与铁素体的界面进行描述，进而模拟转变过程。
2. 优化相场模型的计算算法和参数，提高模拟效率和精度。
如采用有限差分方法进行计算、选取适当的模型参数和微结构特征，并对模拟结果进行实验验证。
3. 建立低碳钢的热力学模型和相图，并与相场模拟结果进行对比和分析，探究低碳钢奥氏体向铁素体等温转变的机理和规律。
三、预期结果和意义
预计通过相场法模拟低碳钢中奥氏体向铁素体等温转变的过程，获得低碳钢热力学性质和微观结构变化的详细信息。
同时，探究低碳钢奥氏体向铁素体等温转变的机理和规律，对优化低碳钢的组织结构和性能具有指导意义。
此外，本研究对于提高相场法在材料科学和工程中的应用也具有一定的推广意义。
C_Mn钢热轧带奥氏体再结晶晶粒尺寸的预测
C2Mn钢热轧带奥氏体再结晶晶粒尺寸的预测李 壮 周晓光 王佳夫 吴 迪(东北大学,沈阳110004)张平礼(辽宁省教育厅,沈阳110032)摘 要 在研究板带控轧控冷过程中钢中显微组织演变过程奥氏体再结晶、碳氮化合物析出、奥氏体相变和组织性能对应关系的物理冶金模型的基础上,通过G leeble21500热模拟机和计算机模拟计算得出成分(%)0116C,0106S i,1130Mn钢在1173～1081K经7道次热变形后奥氏体晶粒尺寸为43μm,同时实测7道次变形后轧钢组织中奥氏体尺寸为38μm,相对误差13%。
计算机模拟计算的奥氏体再结晶晶粒尺寸与实测结果吻合较好。
关键词 计算机模拟 热轧带 C2Mn钢 奥氏体晶粒尺寸Prediction of Austenite R ecrystallized G rain Size inH ot R olled Strip of C2Mn SteelLi Zhuang,Zhou X iaoguang,Wang Jiafu and Wu Di(N ortheastern University,Shenyang110004)Zhang Pingli(Liaoning Provincial Education Department,Shenyang110032)Abstract Based on the research on physical metallurgy prediction m odel including the m odel of austenite recrystalliza2 tion in microstructure ev olvement,carbo2nitride precipitation,and relation between austenite phase trans formation and struc2 ture2properties during strip control rolling and cooling,the austenite grain size of0116C20106S i21130Mn steel simulated cal2 culated by com puter after7pass hot deformation between1173K and1081K by G leeble21500hot simulator was43μm, while the actual2measured austenite grain size in structure of strip after7pass deformation was38μm,the relative error was 13%.Therefore the austenite recrystallization grain size simulated calculated by com puter better con form to that of actual measured value.Material I ndex C om puter S imulation,H ot R olled S trip,C2Mn S teel,Austenite G rain S ize 热轧带钢生产是钢铁生产中非常关键性的生产过程之一。
微观至介观尺度的模拟方法概述
元胞自动机的原理应用于城市规划
6.1 基本原理
基本实体，由广义态变量(诸如无量纲数、粒子密度、晶 格缺陷密度、粒子速度、颜色、血压或动物种类等)进行 量化表述。 在每一个独立的格座，这些态变量的实际取值都是确定的。 并且认为，每一个结点代表有限个可能的离散状态中的一 个态。 通过将某些变换规则应用于每个结点状态，就会发生自动 机的演化。这些规则决定着晶格格座的状态；对于局域规 则，格座状态是其前一状态及近邻格点(座)状态的函数， 而在整体变换规则下，则为所有格座状态的函数。传统元 胞自动机大多采用局域变换规则。
确定性或概率性元胞自动机 (扩散，热传递，相变，再结晶，晶粒生长)
多态动力学波茨(Potts)模型 (相变，再结晶，晶粒生长) 几何拓扑和组分模型 (相变，再结晶，晶粒生长)
典型应用领域 中的主要介观 尺度模拟方法
拓扑网格和顶点模型 (晶界动力学，网格动力学，成核，复原，晶粒生长)
微观至介观尺度的模拟
特性、现象或缺陷
点缺陷，原子团簇，短程有序，在玻璃态和界面中的结构单元，位错 芯，裂纹尖端，原子核 失稳分解，涂层，薄膜，表面腐蚀 二嵌段共聚物，三嵌段共聚物，星形共聚物，大质量的非热变化，界 面网格，位错源，堆积效应 粒子、沉积物，枝晶，共晶，共析 微裂纹，裂纹，粉末，磁畴，内应力 堆垛层错，微带，微孪晶，位错通道 聚合物中的球晶，存在于金属、陶瓷、玻璃及聚合物中的结构畴或晶 粒团簇（对于多晶或非晶的情况） 聚合物中的构象缺陷团簇 位错，位错壁，旋错，磁壁，亚晶粒，大角晶界，界面 晶粒，剪切带，复合材料的第二相 扩散，对流，热传递，电流传输 微结构逾渗路径(断裂，再结晶，界面润湿，扩散，腐蚀，电流，布洛 赫壁) 表面，样品断面收缩，断面
2、钢的奥氏体形变与再结晶
2.1 热变形过程中钢的奥氏体再结晶行为 热塑性加工变形过程是加工硬化和回复、 热塑性加工变形过程是加工硬化和回复、再结晶软化过程 的矛盾统一 ，加工硬化和高温动态软化过程同时进行，根据这 加工硬化和高温动态软化过程同时进行， 过程同时进行 两个过程的平衡状况来决定材料的变形应力。 两个过程的平衡状况来决定材料的变形应力。
再结晶组织的演变： 再结晶组织的演变： 形变过程中随应变量增大微观组织发生变化的过程为: 形变过程中随应变量增大微观组织发生变化的过程为: 变形初期的加工硬化→部分再结晶阶段→ 变形初期的加工硬化→部分再结晶阶段→全部再结晶阶段
奥氏体热加工真应力-真应变曲线与材料微观组织变化示意图 奥氏体热加工真应力-
0.10%C,1.22%Mn,0.02%Nb钢在 钢在0.6Tm 图5. 0.10%C,1.22%Mn,0.02%Nb钢在0.6Tm 以上温度变形时的应力－应变曲线 以上温度变形时的应力－
（3）第三阶段：当第一轮动态再结晶完成以后，将出现两种 ）第三阶段：当第一轮动态再结晶完成以后， 情况， 稳态变形（连续动态再结晶） 非稳态变形（ 情况，即稳态变形（连续动态再结晶）和非稳态变形（间断动 态再结晶）。 态再结晶）。 由动态再结晶产生核心到全部完成一轮再结晶所需要的变 表示， 形量用εr表示， εr可能大于 εc，也可能小于εc。 时发生连续动态再结晶； 当εc< εr时发生连续动态再结晶； 时发生间断动态再结晶。 间断动态再结晶 当εc> εr时发生间断动态再结晶。 工艺参数（温度和速率） 都有影响， 工艺参数（温度和速率）对εc、εr都有影响，只是对εr的影响比 的影响大。 对εc的影响大。 低时， 出现非稳态变形，间断动态再结晶； 当 T 高或 低时， εc> εr，出现非稳态变形，间断动态再结晶； 高时， 出现稳态变形，连续动态再结晶。 当 T 低或 高时， εc< εr，出现稳态变形，连续动态再结晶。
4.钢的奥氏体形变与再结晶
二．动态回复和动态再结晶 １．动态回复 A组 铁素体类 全应变区域只产生动态回复 亚晶是动态回复的重要标志 Z维持加工硬化率和动态回复率的动态平衡
6
B组 奥氏体类 低应变区发生动态回复 εm ――产生亚晶的临界变形程度 亚晶的平均直径 ds-1=a+blogZ ２．动态再结晶 B组 奥氏体类 ε＞εc 发生动态再结晶
静态再结晶晶粒
r0、ε、T 亚晶的成长 成核＋长大 低 低 退火状态
εp——衡量动态再结晶的难易程度 图 2--15示出了εp 与Z的关系 : Z↑，εp↑ Nb、V钢：εp大， 动态再结晶困难
εp大，再结晶难
εp小，再结晶易
4.2 热加工变形后静态软化过程 热加工后，动态回复形成的组织是不稳定 的，晶内位错密度高，保持高温会发生静 态回复过程，即静态回复、静态再结晶和 亚动态再结晶。三个过程由热加工变形量 控制。 一．静态回复过程和相应的组织变化
•变形量和轧制温度影响再结晶行为，见图2--25
分为三个区域:
无再结晶区 ( 回复区 ) ：回复晶
粒和粗大晶粒（应变诱起的晶
界迁 移）
部分再结晶区：回复晶粒和再
结晶晶粒
再结晶区：完全再结晶，均匀
的细晶粒组织
在动态再结晶区域 ，再结
晶晶粒尺寸主要受变形温
度的影响，受变形量的影
响比较小。
在静态再结晶区域 ，再结
１．变形量对静态回复过程的影响
图 2--16 示出了变形量对 0.68%C 钢的软化行为 的影响 εs－静态再结晶的临界变形程度 εc－动态再结晶的临界变形程度 ①ε＜εs， a点， 静态回复 100秒后软化结束，软化率 ≈25% ②εs＜ε＜εc， b点，软化分二段： 静态回复 静态再结晶 软化率45％ 100秒结束 软化率100%
58SiMn钢热压缩过程中的再结晶行为模拟
关键词: 压缩实验; 再结晶模型; 模拟
中图分类号: TG 142. 33; TG 111. 7
文献标 识码: A 文章编号: 1671 4431( 2010) 01 0070 04
Simulation of Recrystallization Behavior of 58SiMn Steel During Hot Compression
动态再结晶模型 静态再结晶模型 亚动态再结晶模型 晶粒长大模型
p = 0. 024 2[ ( 188. 631140T9) ] 0. 138 7 ; c = 0. 83 p
X d = 1- exp[ - 1. 932( - 0. 83 p ) 1.912 ] p d d= 1. 422 103∀ Z- 0.183
因而越来越多的学者开始通过建立材料组织演变模型来实现对于产品加工后组织的模拟和预测以优化加工工艺参数和控制产品质然而由于产品在实际加工过程中众多因素如钢表面氧化脱碳等的影响而采用软件模拟的环境又相对较为理想这样会严重影响最终的模拟精度同时也不能简单地根据模拟结果对组织演变模型进行修由于材料的再结晶行为一般是通过热压缩实验得到的而热压缩实验是在保护气氛下进行材料的变形温度和形变速率等参数均受到严格控制其变形环境与模拟环境较接近
摘 要: 利用 Gleeble1500 热模 拟实验机对 58SiMn 钢进行了单道次 和双道次 热压缩 实验, 得到在 不同变 形条件 下的应
力应变曲线, 根据实验数据计算得到了 58SiMn 钢的动态 、静态及亚动态再结晶 和晶粒长大 数学模型。借 助 Deform 3D 软
件对一组双道次热压缩实验进行了模拟, 并与实际不同区域的晶粒尺寸进行比较, 以验证其组织转变模型。
ZHANG Ye cheng1 , ZHANG Jin2, 1 , SUN Zhi f u1, 3, 4 , H UANG Shao dong 5
低碳钢在A_(c1)点以下温度变形时的铁素体动态再结晶
低碳钢在A_(c1)点以下温度变形时的铁素体动态再结晶李龙飞;杨王玥;孙祖庆【期刊名称】《金属学报》【年(卷),期】2003(39)4【摘要】采用Gleeble—2000型热模拟试验机进行平面应变压缩实验,以及扫描电镜、透射电镜和电子背散射衍射技术等实验手段研究了Q235级别低碳钢中铁素体在变形温度为700—550℃、应变速率为1×10~1—5×10^(-4)s^(-1)范围的变形特性及组织演变规律。
结果表明:在本实验变形条件范围内,存在两种铁素体动态再结晶现象,低热加工参数Z值条件下的不连续动态再结晶和高Z值条件下的连续动态再结晶,钢中的珠光体对铁素体动态再结晶起促进作用,通过铁素体动态再结晶,可细化低碳钢中的铁素体晶粒。
Z值越高,细化效果越明显,可得到平均晶粒尺寸为2μm左右的超细晶铁素体组织。
【总页数】7页(P419-425)【关键词】低碳钢;铁素体;动态再结晶;热加工参数【作者】李龙飞;杨王玥;孙祖庆【作者单位】北京科技大学材料科学与工程学院;北京科技大学新金属材料国家实验室【正文语种】中文【中图分类】TG142.31;TG111.7【相关文献】1.微合金钢回温变形时的组织转变和铁素体动态再结晶行为 [J], 马江南;杨才福;王瑞珍2.A_(e3)温度以上变形对先共析铁素体相变形核影响的理论分析 [J], 王启超;杨志刚;李昭东3.低碳钢在A_(e3)温度之上的形变诱导铁素体(一种马氏体)的相变研究 [J], 刘朝霞;李殿中;乔桂文4.不同形态第二组织低碳钢的铁素体动态再结晶 [J], 杨王玥;王洪梅;李龙飞;孙祖庆5.低碳钢多道次热变形中的应变强化相变与铁素体动态再结晶 [J], 杨王玥;胡安民;齐俊杰;孙祖庆因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
低碳钢形变—相变耦合过程的介观模拟计算的开题报告
低碳钢形变—相变耦合过程的介观模拟计算的开题报告1. 研究背景随着社会经济的发展和人类对环境问题的日益关注，低碳钢作为一种重要的材料被广泛应用于制造业。
而材料的性能又是决定其应用的一个重要因素，因此对低碳钢的性能研究也日益重要。
低碳钢具有良好的可塑性和可变形性，其性能与形变—相变耦合过程密切相关。
因此，对低碳钢的形变—相变耦合过程进行研究，对于深入理解其性能具有重要意义。
2. 研究目的本研究旨在通过介观模拟计算的方法，深入探究低碳钢的形变—相变耦合过程，分析其内在机理及对其性能的影响，为其应用领域的拓展与优化提供科学依据。
3. 研究内容与方法（1）形变—相变耦合过程的介观模型构建通过建立低碳钢形变—相变耦合过程的介观模型，进行有效的数值模拟计算，并对计算结果进行分析，以深入了解其物理机理。
（2）介观模拟计算的数值方法研究考虑到介观模拟计算的高精度和高效性，本研究将对介观模拟计算的数值方法进行研究，以优化计算效率和计算精度。
（3）数值模拟结果的分析与讨论通过分析数值模拟的结果，以深入探讨低碳钢的形变—相变耦合过程，分析其内在机理及对其性能的影响。
4. 研究意义本研究将直接或间接地为低碳钢的制造和应用提供科学依据，有助于弘扬环保理念、促进钢铁制造产业的升级与优化。
同时，本研究也将为介观模拟计算和材料科学研究的发展提供新思路和新方法。
5. 研究进度安排（1）完成研究背景与目的的调查资料搜集，明确研究方向：1个月（2）建立低碳钢形变—相变耦合过程的介观模型：3个月（3）介观模拟计算的数值方法研究：2个月（4）数值模拟结果的分析与讨论：2个月（5）撰写研究报告：2个月6. 研究预期成果完成本研究后，将得到低碳钢形变—相变耦合过程的介观模型，并分析其内在机理及对其性能的影响。
同时，本研究还将对介观模拟计算的数值方法进行研究，以优化计算效率和计算精度。
最终，将撰写研究报告，并进一步拓展研究领域。
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Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016 Correspondent: LI Dianzhong, professor, Tel: (024)23971281, E-mail: dzli@ Manuscript received 2005{11{29, in revised form 2006{03{03
* 'Y S1
(]C
|cU }U 2001AA339030 f : 2005{11{29, (] f : 2006{03{03 g`v : o<h W 1980 ` %
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2006 _ 5 T 474|480 ,
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ACTA METALLURGICA SINICA
Vol.42 No.5 May 2006 pp.474{480
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