一种金属材料膨胀量曲线的处理方法技术

本发明专利技术提供一种金属材料膨胀量曲线的处理方法，首先将实测的温度‑膨胀量曲线中升温或者降温过程的数据取出，按温度区间求取平均值，既使曲线得到平滑，又大大减少数据总量；其次，对平均处理后的曲线进行平滑处理，并以高温段（或低温段）近似直线区域的散点进行线性拟合，以总膨胀量的千分之五作为拟合直线与实测曲线的分离评判标准，拟合直线与实测曲线的分离点为相变点。对拟合直线所使用的数据区间和相变点进行反复迭代，分别得到高温段/低温段的拟合直线和相变点。最后利用杠杆原理得到温度‑组织转变量。该处理方法可以避免人为主观因素对曲线处理的影响，使处理结果的准确性大大提高。

A method for processing the expansion curve of metallic materials

The present invention provides a method for processing the expansion curve of metal materials. Firstly, the data of heating or cooling process in the measured temperature-expansion curve are taken out, and the average value is obtained according to the temperature range, so that the curve can be smoothed and the total amount of data can be greatly reduced. Secondly, the average processed curve is smoothed. The scatter points of the approximate straight line region in the high temperature section (or the low temperature section) are linearly fitted. Five thousandths of the total expansion is used as the separation criterion between the fitted straight line and the measured curve. The separation point between the fitted straight line and the measured curve is the phase transition point. The data interval and phase transition point of the fitting line are iterated repeatedly, and the fitting line and phase transition point of the high temperature section and the low temperature section are obtained respectively. Finally, the temperature transformation is obtained by using the lever principle. This method can avoid the influence of subjective factors on curve processing, and greatly improve the accuracy of processing results.

【技术实现步骤摘要】
一种金属材料膨胀量曲线的处理方法
本专利技术属于金属相变的表征测试领域，具体涉及一种利用温度-膨胀量曲线计算金属材料固态相变开始点、转变结束点和转变量的处理方法。
技术介绍
热处理是调控金属材料微观组织、改善综合性能和提高服役寿命的常用方法，而热处理工艺是否合理很大程度上取决于相变临界点测定的准确性，所以膨胀曲线数据处理是否合理直接影响材料的力学性能和使用寿命。在试验测量中，常采用热模拟试验机或者动态膨胀/淬火相变仪来测量金属材料随温度变化的膨胀量曲线，从而得到相变开始点、结束点和转变量。其依据是：金属材料在加热或者冷却过程中，如果没有发生相变，其膨胀量会根据线膨胀系数而变化；当发生固态相变时，由于相变前后不同的相具有不同的线膨胀系数，使膨胀量曲线发生较大变化，从而可以根据膨胀量曲线来确定相变开始点、相变结束点，以及在两点温度间内的相转变量。现有技术中，确定相变开始点和结束点的常规方法主要有切线法、切角法、顶点法和平均法，但是使用上述方法人为因素影响较大，尤其是对于同种金属材料在相同奥氏体化条件下以不同冷速得到的一组温度-膨胀量曲线的处理上，由于误差较大，导致结果失真，难以获得奥氏体冷却转变过程的动力学模型。CN105136842A记载了“一种适用于钢临界点测试的膨胀曲线分析方法及该方法的用途”，将温度-膨胀量曲线左侧和右侧线性膨胀部分进行线性拟合，然后根据杠杆定律计算高温相随温度变化的体积分数，之后选择适当的临界体积分数确定相变开始点和相变结束点。该方法操作简便、计算量小，物理意义清晰。但该方法存在以下不足：（1）该方法适用的钢种及其对应的加热/冷却速度有限，无法推广到其他的材料体系及不同的实验条件；（2）温度-膨胀量曲线没有明显拐点，对于膨胀曲线左侧、右侧的线性膨胀部分没有明确的界定，对该部分进行线性拟合主观性较大；（3）临界体积分数的确定方面较难把握。另外，CN105116003A记载了“一种利用热膨胀曲线计算两相转变比例的测量方法”，该方法将温度-膨胀量曲线进行微分，根据微分曲线得到相变开始点、结束点及切线。该方法也存在一些不足，具体表现在：（1）该方法只适用于冷却过程，并且冷却速度为7-15℃/s之间，对于加热过程、以及冷却过程中冷却速度小于7℃/s或大于15℃/s则不适用；（2）温度-膨胀量曲线宏观上连续平滑，微观上波动较大，其微分曲线波动较大，难以得到收敛的、有规律的拐点；（3）即使是在没有发生相变的温度区域，温度-膨胀量也不是直线。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提供一种金属材料膨胀量曲线的处理方法，采用数值处理的方式找到相变开始点和相变结束点，降低人为因素的影响，提高实验结果的精度。本专利技术通过以下技术方案实现：一种金属材料膨胀量曲线的处理方法，包括以下步骤：（1）选取加热过程或冷却过程的温度-膨胀量数据作为原始数据，得到原始温度-膨胀量曲线，如图1中实测曲线所示；（2）根据步骤（1）得到的原始温度-膨胀量曲线，将实验温度区间划分为若干等距区间，将每个区间中的温度的平均值作为横坐标，将每个区间中的膨胀量的平均值作为纵坐标，得到经平均处理后的温度-膨胀量曲线，如图1中平均处理曲线所示；（3）以多点相邻平均法对步骤（2）得到的经平均处理后的温度-膨胀量曲线进行平滑处理，得到经平滑处理后的温度-膨胀量曲线，如图1中平滑处理曲线所示；（4）对经平滑处理后的温度-膨胀量曲线进行线性回归，以总膨胀量的千分之五作为经平滑处理后的温度-膨胀曲线与回归拟合直线的分离评判标准。同时，如果相变点以外数据温度区间明显大于100℃，则对分离点外100±1℃温度区间的数据进行收敛迭代，但如果数据温度区间明显小于100℃，则采用接近该温度区间的更小区间数据进行迭代，如60±1℃温度区间等，直到前后两次分离点温度的迭代误差小于±1℃时，迭代停止，将迭代最终温度点作为相变点，并对相变点区间延伸相应温度区间内的所有数据点进行回归拟合得出两条直线，其中高温段拟合直线如图2所示；（5）利用杠杆定律可以由温度-膨胀量曲线计算得到不同温度对应的相组织转变含量。所述金属材料随着温度的变化具有多晶型转变或者同素异构转变。膨胀量测试设备包括但不限于热模拟试验机和动态膨胀/淬火相变仪。步骤（2）所述等距区间根据实测数据密度而定，每一个区间一般取值0.5℃或1℃。如由于升温/降温速度太高、数据储存频率较低等导致实测数据较少时，实测数据密度太低，可取消步骤（2）。本专利技术具有的有益效果：（1）本专利技术对温度膨胀曲线的适用范围广，不受相变金属材料的化学成分、加热冷却速率的限制，适用于处理金属材料在任意加热速率及降温速率下测得的温度膨胀量曲线；（2）本专利技术既适用于金属材料升温过程膨胀量变化曲线的处理，也适用于降温过程膨胀量变化曲线的处理；（3）本专利技术可以有效保证实测数据的真实性，并能大大降低数据的繁杂性；（4）本专利技术数据处理的准确性较好，可以避免人为主观因素对结果的影响。附图说明图1为实施例1中的温度-膨胀量实测曲线及平均处理曲线和平滑处理曲线；图2为实施例1中的温度-膨胀量平滑处理曲线及拟合直线和相变点的评判标准示意图；图3为实施例1中的温度-膨胀量拟合切线图；图4为实施例2中的温度-膨胀量拟合切线图；图5为实施例3中的温度-膨胀量拟合切线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1（降温过程实施例）一种对低压转子钢冷却过程中温度-膨胀量曲线的处理方法。采用Gleeble3500热模拟试验机测定温度-膨胀量曲线，以10℃/s的加热速度加热到950℃，保温5min，而后以0.5℃/s降温速度进行冷却，具体步骤如下：（1）将Gleeble3500热模拟试验机测定得到的温度-膨胀量变化曲线数据点中温度区间在950～26℃阶段的数据（降温数据）提取出来，绘制得到图1中的实测曲线；（2）以0.5℃为一个温度区间将降温过程的实验温度区间划分为若干等距区间，将每个区间中的温度的平均值作为横坐标，将每个区间中的膨胀量的平均值作为纵坐标，对降温数据进行平均处理，得到图1中的平均处理曲线；（3）对平均处理后的数据采用20点相邻平均法进行平滑处理，得到图1中平滑处理曲线；（4）计算平滑处理后降温开始温度点（950℃）与结束点（26℃）间膨胀量的差值，即膨胀量的最大变化值（即总膨胀量）：ΔD=0.08396mm，以ΔD×5‰=4.198×10-4mm作为相变点的评判标准，如图2所示；（5）取步骤（3）平滑处理后的高温段数据按照温度由高到低依次命名为（T1，D1）、（T2，D2）、（T3，D3）……（TN，DN），对（T1，D1）、（T2，D2）……（Tn，Dn）对应的n（n≥2，整数递增）组数据进行线性回归得到拟合直线，若Tn+2在曲线上对应的Dn+2与拟合直线计算得到的膨胀量值之差大于步骤（4）所述的评判标准，则Tn即为拟合直线与温度-膨胀量曲线的分离点。判断Tn和T1的差值，若|Tn-T1|=100±1℃，则Tn即为相变开始点，（T1，D1）、（T2，D2）……（Tn，Dn）的拟合直线即为高温段切线；若|Tn-T1|＞101℃或者|Tn-T1|＜99℃，则缩小或扩大拟合直线所用的数据区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属材料膨胀量曲线的处理方法，包括以下步骤：（1）选取加热过程或冷却过程的温度‑膨胀量数据作为原始数据，得到原始温度‑膨胀量曲线；（2）根据步骤（1）得到的原始温度‑膨胀量曲线，将实验温度区间划分为若干等距区间，将每个区间中的温度的平均值作为横坐标，将每个区间中的膨胀量的平均值作为纵坐标，得到经平均处理后的温度‑膨胀量曲线；（3）以多点相邻平均法对步骤（2）得到的经平均处理后的温度‑膨胀量曲线进行平滑处理，得到经平滑处理后的温度‑膨胀量曲线；（4）对经平滑处理后的温度‑膨胀量曲线进行线性回归，以总膨胀量的千分之五作为经平滑处理后的温度‑膨胀曲线与回归拟合直线的分离评判标准；同时，如果相变点以外的数据温度间距明显大于100℃，则采用100±1℃温度区间步长内的数据进行迭代；但如果相变点以外的数据温度间距明显小于100℃，则采用接近该温度区间的更小区间数据进行迭代，当分离点温度的迭代误差小于±1℃时就将该点的温度作为相变点温度，并对相变点区间延伸相应温度区间内的所有数据点进行回归拟合得出两条直线；（5）利用杠杆定律由温度‑膨胀量曲线计算得到不同温度对应的相组织转变含量。

【技术特征摘要】
1.一种金属材料膨胀量曲线的处理方法，包括以下步骤：（1）选取加热过程或冷却过程的温度-膨胀量数据作为原始数据，得到原始温度-膨胀量曲线；（2）根据步骤（1）得到的原始温度-膨胀量曲线，将实验温度区间划分为若干等距区间，将每个区间中的温度的平均值作为横坐标，将每个区间中的膨胀量的平均值作为纵坐标，得到经平均处理后的温度-膨胀量曲线；（3）以多点相邻平均法对步骤（2）得到的经平均处理后的温度-膨胀量曲线进行平滑处理，得到经平滑处理后的温度-膨胀量曲线；（4）对经平滑处理后的温度-膨胀量曲线进行线性回归，以总膨胀量的千分之五作为经平滑处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜恒勇，朱有鑫，刘贤强，李萌蘖，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53