含第二相粒子的焊接热影响区晶粒长大分析

摘要

粗晶区是焊接接头的薄弱环节，本文采用物理模拟方法，对X80管线钢HAZ的奥氏体晶粒长大规律进行了初步的研究，并在热模拟数据的基础上，引入焊接热循环，建立了HAZ粗晶区的奥氏体晶粒长大动力学方程。 本文采用Monte Carlo(MC)模拟技术，以Visual C++为运行平台，编写了MC模拟微观组织的程序，实现了不同时刻晶粒长大演变情况的模拟。以蒙特卡罗法为基础，采用了一种将蒙特卡罗模拟时间步与实际时间相匹配的模式，将模拟与实际焊接工艺对应起来。 本文还对X80管线钢中第二相粒子行为及其对晶粒长大行为影响进行了分析。根据第二相粒子与基体晶界交互作用的微观物理机制，在正常晶粒长大模型的基础上，引入第二相粒子，对含有不同数量和不同尺寸第二相粒子的虚拟材料基体中晶粒长大过程的影响进行了模拟和定量分析。模拟结果表明，随着第二相粒子体积分数的增加，基体极限晶粒尺寸减小，系统内晶粒尺寸分布的均匀性加强；在体积分数相同的情况下，粒子尺寸越大，基体晶粒的尺寸越大，而晶粒尺寸分布的均匀性也有所降低。 本文的研究表明，MC模拟是研究焊接HAZ晶粒长大的一种有效的方法，能够模拟奥氏体晶粒微观形貌的变化，更重要的是它能够有效地模拟存在第二相粒子焊接。HAZ奥氏体晶粒长大。对X80管线钢的物理模拟表明，由于钢中第二相粒子的存在，奥氏体晶粒平均尺寸较小，这是因为第二相粒子对晶粒的长大具有钉扎作用，第二相粒子分布越均匀，尺寸越细小，数量越多，对奥氏体晶粒长大的阻碍作用越大。在计算机模拟过程，第二相本身随温度升高发生溶解导致其对晶粒长大的阻碍作用发生变化，使高温段HAZ奥氏体晶粒长大迅速，这一点在物理模拟试验结果也得到证实。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1管线钢的研究进展

1.1.1管线钢简介

1.1.2管线钢的发展现状与应用

1.2焊接热影响区(HAZ)晶粒长大的模拟

1.2.1焊接HAZ组织特点及存在的问题

1.2.2焊接HAZ晶粒长大模拟的意义

1.3材料微观结构的计算机模拟

1.4蒙特卡罗法在晶粒生长研究中的应用

1.4.1正常晶粒长大的蒙特卡罗法模拟

1.4.2含有不溶粒子的体系的晶粒长大的蒙特卡罗法模拟

1.4.3异常晶粒长大的蒙特卡罗法模拟

1.4.4一种改进的晶粒长大蒙特卡罗模拟方法

1.5本课题研究的意义和内容

第2章X80管线钢焊接热模拟

2.1引言

2.2试验

2.2.1试验材料

2.2.2试验方案的确定

2.2.3试验方法和设备

2.3试验结果分析

2.3.1焊接热模拟后试样的分析和测定

2.3.2焊接热循环情况下的晶粒长大

2.4实验结果讨论

2.5小结

第3章正常晶粒长大和含第二相粒子晶粒长大MC模拟

3.1引言

3.2 MC方法模拟晶粒长大原理

3.3 MC模拟过程的实现

3.3.1 MC程序的具体实现

3.3.2正常晶粒长大MC方法的实现

3.3.3含第二相粒子的晶粒长大MC模拟

3.4模拟结果分析与讨论

3.5小结

第4章X80管线钢焊接HAZ晶粒长大MC模拟

4.1引言

4.2以实验数据为基础的MC模拟时间的确定

4.3 X80管线钢及其焊接HAZ中的第二相粒子

4.4 HAZ熔合线附近晶粒长大过程的MC模拟

4.5模拟结果分析与讨论

4.6小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果

致谢