金属材料性能模拟软件JMatPro钢铁领域解决方案（热处理）

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金属材料性能模拟软件JMatPro钢铁领域解决方案

——通用钢模块（热处理部分）

适用单位：钢铁生产与研发相关企业、研究院所、高校等。

产品范围：碳钢、低/中/高合金钢、特殊钢等。

主要运用：新产品开发中的合金设计、热处理工艺设计、焊接工艺设计、加工工艺设计、钢铁性能预测（物理、机械性能）、CAE模拟参数提供等。

使用价值：节省实验成本、缩短产品开发周期、提高产品质量、增加企业竞争力。



通用钢模块简介——碳钢、低/中/高合金钢、特殊钢

包含的元素：Fe, Al, Co, Cr, Cu, Mn, Mo, Nb, Ni, P, S, Si, Ta, Ti, V, C, N,O,W,B
可计算性能：多元平衡相图、材料物理及热物理性能、机械性能（强度、硬度、应力-应变曲线）、端淬性实验模拟、TTT/CCT曲线、淬火过程模拟、焊接循环模拟。



软件功能与应用实例：

以合金牌号为3310的亚共析合金钢为例，分别描述软件功能及相关运用。

合金成分(质量百分比)：94.31%Fe -1.52%Cr-0.45%Mn-0.03%Mo-3.33%Ni-0.18%Si-0.11%C-0.03%P-0.04%S


1、
平衡相图（可用于合金设计、热处理/焊接/加工工艺设计）

输出信息包括：随温度变化的相图、随成分变化的相图、单相分布、元素在各相中的分布、固定温度相分布、吉布斯自由能、熵、焓、粒子活性、热容等。


由以上多元平衡相图可知：

液相温度	固相温度（合金熔点）	MnS析出温度	铁素体固相转变温度	M7C3析出温度	M23C6析出温度	M3P析出温度	G析出温度
1506.77℃	1445.69℃	1449.21℃	760.38℃	713.54℃	571.88℃	518.49℃	475.81℃

完全奥氏化温度：加热过程中一般需要过热，所以完全奥氏化温度高于760℃，而温度过高会促使晶粒粗化，故此合金的淬火温度一般为790℃-840℃之间。

合金回火温度：此合金可通过回火发挥固溶强化和析出强化的功效，根据平衡相图可知，最佳回火温度应选择在480℃-570℃之间，即应使G相完全溶解而又要避免过多奥氏体的产生。

碳化物析出曲线：



3、
端淬性实验模拟

试样长度：100mm
淬火温度：820℃
淬火前平均晶粒度：9级或18微米




淬火后试样中相分布曲线

5、
TTT/CCT曲线

5.1 奥氏化温度：820℃，平均晶粒度：9级或18微米



5.2奥氏化温度：820℃，平均晶粒度：5级或71.6微米




由以上2组数据可知，晶粒尺寸越大，奥氏体越稳定，即使C曲线右移，增强钢的淬透性。


6、
淬火过程模拟

可模拟不同淬火工艺下合金的相转变曲线（定量）和各种物理及机械性能，包括比热、焓、密度、热膨胀系数、摩尔体积、导热性、电导/电阻性、杨氏/体积/剪切模量、泊松比、屈服强度、抗拉强度、硬度。

6.1冷却速度不同的淬火工艺

6.1.1
冷却速度分别为1℃/s 、10℃/s和100℃/s工艺下的相转曲线对比

冷却 速度	铁素体 转变点	珠光体 转变点	贝氏体 转变点	马氏体 转变点	奥氏体转变终了点	淬火后合金组织 （体积百分比）
1℃/s	685℃	600℃	545℃	/	430℃	98.8%贝氏体+0.96%铁素体+0.24%珠光体
10℃/s	570℃	/	535℃	375℃	/	60.11%贝氏体+0.02%铁素体+39.84%马氏体+0.03%奥氏体
100℃/s	/	/	510℃	375℃	/	0.33%贝氏体+99.59%马氏体+0.08%奥氏体

以上计算中在最终的组织中会出现少量的残余奥氏体或铁素体，但在实际生产中可能很难检测出来，故一般在含量极低的情况下可忽略不计。
6.1.2不同冷却速度下的性能对比（以硬度随温度变化的曲线为例）


6.2复杂淬火工艺（分阶段淬火并保温）

6.2.1
淬火工艺1：820℃以10℃/s的速度淬火到500℃保温60s后再以20℃/s冷却到室温

相转变曲线：


如果生产中不想让合金中出现马氏体，而是得到贝氏体组织，而且保温时间在生产流程中已经达到最大值，也就是说不能超过1分钟，此时可以调整的参数有第一阶段的冷却速度，保温温度和第二阶段的冷却速度。而由CCT和TTT曲线可知，贝氏体的开始转变温度在550℃以下，而且贝氏体完全转化所需的时间比较长（大于60s），而保温温度最佳的区间应该是在480℃-500℃之间，因此我们可以调整的只有冷却速度了，而马氏体转变点为375℃，由此我们设计以下两种工艺：

6.2.2
淬火工艺2：820℃以5℃/s的速度淬火到500℃保温60s后再以5℃/s冷却到室温

相转变曲线：


6.2.3
淬火工艺3：820℃以10℃/s的速度淬火到500℃保温60s后再以1℃/s冷却到350℃，然后以10℃/s的速度冷却到室温


比较以上三种淬火工艺可知，工艺1马氏体含量较多（3.3%），工艺2马氏体含量较低（1.9%），工艺3没有马氏体，从实验室的角度上考虑工艺3是最合理的，但由于在500℃至350℃要采用1℃/s的冷却速度，生产过程比较复杂，而且很难控制并大大降低了生产效率，如果在要求不是十分严格的情况下可选用工艺2。

[ 本帖最后由 navylin 于 2007-4-29 16:11 编辑 ]

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