一种热镀锌钢板镀层合金化过程的数值模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种热镀锌钢板镀层合金化过程的数值模拟方法，属于热镀锌技术领域。本发明专利技术的技术方案是：（1）将初始模型能量最小化以得到最优结构；（2）将铁/锌镀层模型进行充分弛豫，达到平衡状态；（3）对体系的温度和压力进行调节，研究合金化过程中不同工艺参数对镀层与基体结合状态的影响式。本发明专利技术的有益效果是：对于合金化过程中温度与时间的控制与镀层结合界面状态的观察相对简单，实现对合金化过程中微观结构的详细了解，方便模拟操作与工艺预测。测。测。

【技术实现步骤摘要】
一种热镀锌钢板镀层合金化过程的数值模拟方法


[0001]本专利技术涉及一种热镀锌钢板镀层合金化过程的数值模拟方法，属于热镀锌


技术介绍

[0002]近年来，热冲压成形钢板作为一种生产高强度汽车零部件的材料得到了业界的广泛关注。热冲压成形钢属于抗拉强度超过1500Mpa级别的超高强钢，采用热冲压成形的方式直接加工，主要应用于白车身车门左右防撞杆(梁)、保险杠、A柱加强板、B柱加强板、C柱加强板、车顶加强梁等高强度、难成形的安全结构件的生产，这些零部件要求材料具有高强度、成形性好、高尺寸精度、回弹小等性能。在早期成型加工过程中，钢板的表面没经过镀层处理，在加热工况条件下，裸板表面容易产生脱碳和氧化铁皮，冲压变形时氧化铁皮遇冷发生脱落，容易损伤模具，同时未脱落的氧化铁皮也需要后期进行喷丸处理去除，增加设备维护成本，影响了生产效率。因此需要对钢板表面进行镀层处理以提高材料的表面防护。
[0003]目前，已经开发出的热冲压成形钢表面镀层材料主要有以下几种，如:铝硅镀层(A1
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10%Si)、热镀纯锌(GI)镀层、锌合金化(GA)镀层和电镀锌镍(Zn
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10%Ni)镀层等。其中，锌合金化工艺是在热镀纯锌的基础上根据需要，通过合金化退火把纯锌层转化为δ1相和Γ相。经过合金化处理的热镀锌钢板，其冲压加工性优良，且零件的焊接性、涂装性和涂后耐沙砾冲击性会得到显著提升，因此，合金化热镀锌钢板一问世，就得到了汽车制造商的青睐，使用量逐年增加。但镀层中锌铁合金相层的形成增加了镀层的脆性，后续加工过程中镀层容易产生粉化或剥落现象，聚集在模具中影响模具的使用寿命。因此，需要改善并开发出新的热成形钢热镀锌生产工艺技术，满足日益增长的用户使用需求。
[0004]合金化热镀锌钢板由于锌和铁元素相互扩散而形成锌
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铁合金层，依据锌和铁元素扩散程度不同，镀层处会出现Γ、Γ1、δ、ζ等不同的镀层组织，其铁含量依次降低，其中Γ、Γ1和ζ相是脆性相，如果形成过厚会造成镀层易粉化和剥离，而δ是塑性相，附着性较好。为了提高合金化热镀锌钢板镀层的附着性，日本专利No.355544中提出要尽量减少合金化热镀锌钢板镀层中的Γ相，并且应尽量减少合金化镀层表面ζ相的存在。
[0005]申请专利号200480001145.8通过在合金化镀层和钢板的界面上形成连续的微小凹凸部分，由于沾固作用，可以显著提高镀层在基底钢板表面的附着性，得到镀层附着性显著优良的合金化热镀锌钢板。
[0006]不同材料固相结合的本质在于两相接触面接近至原子间距离，由原子吸附而产生大量结合点。因此，从原子尺度给出接触界面处原子运动过程中微观结构的变化规律，对于提高钢板镀层的附着性有很大帮助。
[0007]在实际生产中对热镀锌产品微观状态进行试验观察需要耗费大量精力。

技术实现思路

[0008]本专利技术目的是提供一种热镀锌钢板镀层合金化过程的数值模拟方法，采取分子动
力学模拟方法对不同工艺参数下的钢板基体和镀层结合状态进行观察，通过模拟控制钢板镀锌后合金化过程中的加热速度、加热温度、保温时间及冷却速率，使得合金化后热镀锌钢板镀层的附着性产生显著提高，对于合金化过程中温度与时间的控制与镀层结合界面状态的观察相对简单，实现对合金化过程中微观结构的详细了解，方便模拟操作与工艺预测，有效地解决了
技术介绍
中存在的上述问题。
[0009]本专利技术的技术方案是：一种热镀锌钢板镀层合金化过程的数值模拟方法，包含以下步骤：（1）将初始模型能量最小化以得到最优结构；（2）将铁/锌镀层模型进行充分弛豫，达到平衡状态；（3）对体系的温度和压力进行调节，研究合金化过程中不同工艺参数对镀层与基体结合状态的影响。
[0010]所述步骤（1）中，初始模型能量最小化采用共轭梯度算法。
[0011]所述步骤（2）中，将铁/锌镀层模型进行充分弛豫，达到平衡状态是在NPT系综下进行。
[0012]所述步骤（3）中，使用Nose
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Hoover方法和Berendsen方法对体系的温度和压力进行调节，在等温等压系综下开展模拟；钢板镀锌后合金化模拟过程：首先对镀锌后的钢板在一定的加热温度下进行加热，然后经过一定的保温时间进行保温处理，保温完成后进行冷却，最后得到热镀锌镀层合金化钢板。
[0013]本专利技术的有益效果是：采取分子动力学模拟方法对不同工艺参数下的钢板基体和镀层结合状态进行观察，通过模拟控制钢板镀锌后合金化过程中的加热速度、加热温度、保温时间及冷却速率，使得合金化后热镀锌钢板镀层的附着性产生显著提高，对于合金化过程中温度与时间的控制与镀层结合界面状态的观察相对简单，实现对合金化过程中微观结构的详细了解，方便模拟操作与工艺预测。
附图说明
[0014]图1是本专利技术平衡状态下初始铁/锌镀层模型图；图2是本专利技术保温时间为300ps时铁/锌镀层模型图；图3是本专利技术保温时间为600ps时铁/锌镀层模型图。
具体实施方式
[0015]为了使专利技术实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本专利技术实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述，显然，所表述的实施案例是本专利技术一小部分实施案例，而不是全部的实施案例，基于本专利技术中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本专利技术保护范围。
[0016]一种热镀锌钢板镀层合金化过程的数值模拟方法，包含以下步骤：（1）将初始模型能量最小化以得到最优结构；（2）将铁/锌镀层模型进行充分弛豫，达到平衡状态；（3）对体系的温度和压力进行调节，研究合金化过程中不同工艺参数对镀层与基体结合状态的影响。
[0017]所述步骤（1）中，初始模型能量最小化采用共轭梯度算法。
[0018]所述步骤（2）中，将铁/锌镀层模型进行充分弛豫，达到平衡状态是在NPT系综下进
行。
[0019]所述步骤（3）中，使用Nose
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Hoover方法和Berendsen方法对体系的温度和压力进行调节，在等温等压系综下开展模拟；钢板镀锌后合金化模拟过程：首先对镀锌后的钢板在一定的加热温度下进行加热，然后经过一定的保温时间进行保温处理，保温完成后进行冷却，最后得到热镀锌镀层合金化钢板。
[0020]在实际应用中，以本专利技术方法模拟合金化过程中保温时间对镀层与基体结合状态的影响，其他模拟工艺参数与常规合金化过程相同，制备得到合金化热镀锌钢板模型。
[0021]铁/锌镀层模型是由铁层与锌层构造而成。X，Y，Z三个坐标轴分别沿[100]，[010]，[001]晶向，铁/锌镀层界面与Z面平行。原子间相互作用势函数采用嵌入原子势。
[0022]（1）采用共轭梯度算法将初始模型能量最小化以得到最优结构。
[0023]（2）在NPT系综下将铁/锌镀层模型进行充分弛豫，达到平衡状态。
[0024]（3）使用Nose
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热镀锌钢板镀层合金化过程的数值模拟方法，其特征在于包含以下步骤：（1）将初始模型能量最小化以得到最优结构；（2）将铁/锌镀层模型进行充分弛豫，达到平衡状态；（3）对体系的温度和压力进行调节，研究合金化过程中不同工艺参数对镀层与基体结合状态的影响。2.根据权利要求1所述的一种热镀锌钢板镀层合金化过程的数值模拟方法，其特征在于：所述步骤（1）中，初始模型能量最小化采用共轭梯度算法。3.根据权利要求1所述的一种热镀锌钢板镀层合金化过程的数值模拟方法，其特征在于：所述步骤（...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵轶哲，熊自柳，赵林林，张青，崔彦发，
申请(专利权)人：河钢股份有限公司，
类型：发明
国别省市：