热轧过程中碳氮化物在奥氏体和铁素体中析出行为计算机模拟

摘要

碳氮化物的沉淀析出是微合金钢最重要的问题之一。建立数学模型来定量控制碳氮化物的沉淀析出行为，可以准确控制其沉淀析出量和沉淀析出质点的尺寸及分布，达到预测和控制产品性能的目的。本文基于物理冶金的基本原理，采用有限差分和平均场近似等方法，建立了热轧条件下碳氮化物在奥氏体和铁素体中的析出动力学模型。本文模型计算的主要结果如下： 1．基于多元微合金钢中碳氮化物完全复合析出的假设，以Gladman的热力学模型和经典的形核长大理论为基础，全面考虑合金成分、位错密度、软碰撞、曲率效应等因素，同时合理简化析出物的形状和扩散系数等参数，首次完整地建立了复合碳氮化物在奥氏体中应变诱导析出的热/动力学模型。通过模型计算可获得不同成分和工艺条件下碳氮化物的平均尺寸和体积分数，并给出相应的PTT曲线。将本模型与已有模型计算结果及文献数据对比后发现，本文提出的碳氮化物应变诱导析出模型可很好地与实验数据相吻合，表明本文开发的模型比较合理。 2．异质析出是含Ti多元微合金钢中碳氮化物析出的一个重要现象，目前尚未见到有关中温析出物在高温析出物上异质析出动力学的建模工作，我们就此进行了有益的探索。本文以Baker。的工作为实验依据，以Gladman的热力学模型和Aaronson的界面形核长大模型为理论基础，充分考虑合金成分、析出物形状、曲率效应、溶质原子扩散路径等因素，提出了复杂碳氮化物在奥氏体中异质析出的热力学和动力学模型。热力学模型的计算结果与Houghton的计算及实验结果吻合良好。 3．铁素体中碳氮化物析出的建模工作通常假定碳氮化物为球形，界面结构为非共格来进行。本文基于VC在铁素体中呈片状析出的基本实验事实，以Bhadeshia等人的工作为理论依据，将VC的形状视为端面具有恒定溶质浓度的抛物状柱体，采用经典形核理论和Zener-Hillert片状相长大方程，开发了新的VC在铁素体中沉淀析出动力学模型。模型考虑了合金成分，曲率效应，界面结构以及位错密度等因素的影响。采用本模型可以较准确地计算VC的平均尺寸和体积分数随温度和时间的变化规律，并给出相应的PTT曲线。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2碳氮化物析出的相关实验结果

1.2.1析出物的种类，晶体结构及析出顺序

1.2.2析出晶体学

1.2.3碳氮化物的典型形貌和分布

1.2.4碳氮化物沉淀动力学进程及PTT曲线

1.2.5沉淀相尺寸及其分布

1.3碳氮化物析出模型研究背景

1.3.1碳氮化物析出热力学模型

1.3.2碳氮化物析出动力学模型

1.4现有模型的局限性

1.5本研究的目的、意义和内容

1.5.1研究的必要性

1.5.2研究目的和内容

1.6本章小结

参考文献

第二章碳氮化物在奥氏体中位错析出模型

2.1引言

2.2基本假设

2.3热力学计算

2.4形核

2.4.1形核率

2.4.2临界形核功和临界半径

2.4.3界面能

2.5长大

2.5.1长大速率

2.5.2曲率效应

2.5.3扩散系数

2.5.4软碰撞

2.6析出动力学

2.7计算结果

2.7.1热力学计算

2.7.2动力学计算

2.8模型验证

2.9本章小结

参考文献

第三章碳氮化物在奥氏体中异质析出模型

3.1引言

3.2基本假设

3.3热力学计算

3.4形核

3.4.1(TiNb)N相的尺寸估算

3.4.2形核率

3.4.3临界形核功

3.5长大模型

3.6析出动力学

3.7模型计算和验证

3.7.1热力学计算和验证

3.7.2动力学计算

3.8本章小结

参考文献

第四章碳氮化物在铁素体中位错析出模型

4.1引言

4.2基本假设

4.3形核

4.3.1形核率

4.3.2临界形核功和临界半径

4.4长大

4.4.1长大模型

4.4.2扩散系数

4.5析出动力学

4.6计算结果与验证

4.6.1计算结果

4.6.2模型验证

4.7本章小结

参考文献

第五章结论

致谢

博士后工作期间撰写和发表论文