碳钢和微合金钢奥氏体化、晶粒长大及碳氮化物溶解过程计算机模拟

摘要

本文在分析了加热过程奥氏体化模型、晶粒长大模型以及碳氮化物溶解模型的特点以及现有模型中存在的不足之处的基础上，提出了开发上述模型的基本思路和拟采用的基本方法。 假定铁素体和珠光体为正十四面体，采用叠加原理建立了亚共析钢连续加热奥氏体化模型。奥氏体晶核可同时在铁素体和珠光体不同位置形成并很快达到饱和状态，随后的奥氏体化过程主要由已形成的奥氏体晶粒的长大控制，其中奥氏体的长大过程由碳在奥氏体中的扩散控制。根据铁素体、奥氏体和渗碳体的晶格常数随温度和碳含量的变化关系，给出了相应的热膨胀曲线预测模型。通过模型计算结果和热膨胀实验结果的对比发现，本文所提出的奥氏体化模型较好地再现了实验过程。 奥氏体晶粒长大模型通常采用Beck公式，而本文从统计的观点出发，利用曲率驱动界面移动的概念开发了新的三维晶粒长大模型。该模型假定在奥氏体晶粒长大过程中，每个粒子体积的变化不仅与最近邻的晶粒有关，而是与系统中所有晶粒均有关。界面能的降低是晶粒长大的驱动力。通过模型计算可获得任意时刻的晶粒分布以及平均晶粒大小。通过模型计算结果与现场实验数据进行对比后发现，本文提出的晶粒长大模型可很好地与实验数据相吻合，表明本文所开发的模型是较为合理的。 碳氮化物的溶解是微合金钢奥氏体化过程中的一个重要现象。碳氮化物粒子的初始尺寸，钢中微合金元素的含量以及奥氏体化温度等因素直接影响到碳氮化物的溶解时间。本文根据碳氮化物的溶度积的概念，提出了一个新的计算碳氮化物平衡成分的方法。同时，综合考虑合金成分、粒子形状、界面迁移、浓度变化以及软碰撞等因素对碳氮化物粒子溶解动力学的影响，建立了微合金钢碳氮化物溶解动力学模型。同时，对碳氮化物粒子溶解过程中的一些参数进行了必要的简化，如微合金元素的扩散系数仅是温度的函数而与浓度无关等。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

第2章亚共析钢连续加热奥氏体化模型

第3章三维晶粒长大模型

第4章碳氮化物溶解模型

第5章结论

致谢

博士后工作期间撰写和发表论文

后续工作