基于等温应力和相变测定碳化物析出动力学曲线的方法技术

本发明专利技术公开了基于等温应力和相变测定碳化物析出动力学曲线的方法。所述方法是在Gleeble

【技术实现步骤摘要】
基于等温应力和相变测定碳化物析出动力学曲线的方法


[0001]本专利技术属于合金钢热加工
，特别涉及基于等温应力和相变测定碳化物析出动力学曲线的方法。

技术介绍

[0002]通过添加微合金元素和结合控轧控冷工艺控制碳化物以纳米尺寸高密度地在铁素体中析出，能够显著提高钢的强度并保持良好的韧性。合金钢中纳米碳化物在铁素体中的析出温度窗口很窄且析出特性对热处理条件(如应变、等温温度、等温时间)非常敏感，热处理制度的改变会引起强度的显著差异。通常认为在碳化物析出动力学曲线的鼻尖处温度进行等温热处理能够获得最大的析出强化效果。因此测定合金钢奥氏体在等温相变温度等温过程中碳化物的析出动力学曲线对于生产实践的指导具有重要的意义。
[0003]合金钢在等温相变温度等温过程中会出现奥氏体相变和析出的一个动态变化过程，难以把两者分开和直接确定析出的开始和结束。因此，对奥氏体在等温相变过程中碳化物析出动力学曲线的研究和测定很少。目前，多数的研究是首先对碳化物的形核位置进行设定，然后基于平衡条件下的数学模型计算。实际生产中，奥氏体的等温相变过程都是非平衡态的，而且析出的位置也不是唯一性的。中国授权专利“一种碳化物等温析出动力学曲线测定的方法(CN106018117B)”，通过实验测定合金钢等温相变过程中碳化物析出动力学曲线，该方法通过测定合金钢在不同等温处理后冷却到室温后的压缩应力的差值来判定奥氏体等温析出开始和结束。该方法认为室温压缩应力的差值来源于碳化物的析出。但由于奥氏体发生相变产生的不同组织也会导致压缩应力值的差异，而且由等温相变温度冷却到室温的过程中也会发生析出，这对实验结果存在影响。因此，需寻求一种能够有效分开相变和析出，避免组织差异干扰的方法测定奥氏体等温相变过程中碳化物析出动力学曲线，进而为改进和优化热处理工艺参数获取最佳力学性能提供指导。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本专利技术提出了一种基于等温应力和相变测定碳化物析出动力学曲线的方法，本方法操作简单且测定的等温屈服强度值能够直观地反映等温过程中碳化物析出强化效应。此外，本方法适用于所有奥氏体等温相变过程中有碳化物析出的钢种。
[0005]为了实现前述专利技术目的，本专利技术提供的基于等温应力和相变测定碳化物析出动力学曲线的方法，包括以下步骤：
[0006](1)通过Gleeble
‑
3800热模拟试验机获取合金钢在设定温度不同等温时间下的真应力
‑
应变曲线，并取2％应变处的应力值作为等温屈服强度值σ
y
，绘制σ
y
和等温温度
‑
时间变化关系曲线，确定碳化物析出结束时间P
f
。
[0007](2)利用Gleeble
‑
3800热模拟试验机上配备的热膨胀仪测定合金钢在设定温度下的相变开始时间(T
s
)和结束时间(T
f
)。
[0008](3)根据获取的相变开始时间T
s
，绘制合金钢在不同设定温度下相变开始前等温
屈服强度增量随等温时间的变化曲线，确定不同等温温度下碳化物开始析出时间P
s
。
[0009](4)根据获取的碳化物的析出开始时间P
s
和结束时间P
f
，绘制合金钢碳化物的析出
‑
温度
‑
时间(PTT)曲线。
[0010]进一步地，步骤(2)所述的等温相变过程中测定相变动力学曲线的方法，其原理在于：钢中不同相或组织的热膨胀系数从小到大为：马氏体<贝氏体<珠光体<铁素体<奥氏体。等温过程中发生奥氏体相变时必然伴随体积得膨胀而导致热膨胀仪测得的热膨胀曲线出现拐点，通过测得拐点处的时间来判定等温相变开始和结束时间。
[0011]2.根据权利要求(1)和(2)所述的测定等温相变过程中碳化物析出动力学曲线的方法,其特征在于，所述步骤具体包括：
[0012](a)合金钢试样加工成粗糙度Ra≤0.4μm的圆柱形试样。
[0013](b)用热电偶焊接机把热电偶丝焊接在圆柱形试样正中间，两根热电偶丝距离控制在1mm左右。
[0014](c)用高温润滑剂依次在圆柱试样两端连接金属钽片和石墨片。
[0015](d)把连接钽片和石墨片的圆柱试样安装在Gleeble
‑
3800热模拟试验机实验舱内指定位置的夹具两端，微调主轴轴向位移，使夹头刚好压紧圆柱形试样。
[0016](e)把热膨胀仪的石英玻璃夹头夹紧合金样品，并与热电偶丝在样品上的位置处于用一截面上；热膨胀仪的输出数据线与热模拟试验机的传感器接口连接；
[0017](f)把热电偶丝的另一端与Gleeble
‑
3800热模拟试验机的T1温度通道相连接，然后关上实验舱舱门并抽真空。
[0018](g)在Gleeble
‑
3800热模拟试验机自带的Quizsim软件编写设定的试验工艺流程。
[0019](h)实验舱内真空度达到要求后，依次启动操作面板上“RUN”按钮和点击Quizsim软件上的“Run”开始运行设定的方案进行试验。
[0020](i)一个试验工艺结束后，改变试验工艺参数，重复(a)
‑
(h)进行下一个试验，直至试验结束。
[0021](j)试验结束后，将Gleeble
‑
3800热模拟试验机采集到的温度、时间、真应变、真应力和热膨胀量数值导入试验机配备的Origin软件中，获取设定的不同等温温度和时间下的真应力
‑
应变曲线，以及随时间变化的热膨胀曲线，进而获得等温屈服强度值和不同等温温度下的相变开始和结束时间。
[0022]进一步地，所加工的圆柱试样要求是长度和直径比不大于2，如φ6
×
10mm，φ10
×
15mm,φ8
×
12mm等其它尺寸的圆柱形试样。
[0023]进一步地，热电偶焊接机电压设置为34
‑
38V之间。
[0024]进一步地，热膨胀仪夹持圆柱试样位置符合“上下对正，左右等距”原则。
[0025]进一步地，启动Gleeble
‑
3800试验机运行的真空度要低于1.5
×
10
‑1Pa。
[0026]进一步地，设定试验的工艺流程参数具体为：
[0027](1)圆柱形试样在Gleeble
‑
3800热模拟试验机上以1
‑
20℃/s加热到1150
‑
1280℃并保温3
‑
10min，使试样充分奥氏体化并溶解除含N化合物的以外的第二相。
[0028](2)以10
‑
100℃/s冷到1000
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于等温应力和相变测定碳化物析出动力学曲线的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取合金钢在设定温度内不同等温时间下的真应力
‑
应变曲线，并取屈服应力点的应力值作为等温屈服强度值σ
y
，绘制等温屈服强度值σ
y
和等温温度
‑
时间变化关系曲线，确定碳化物析出结束时间P
f
；步骤2：测定合金钢在设定温度下的相变开始时间(T
s
)和结束时间(T
f
)；步骤3：根据获取的相变开始时间T
s
，绘制合金钢试样在不同设定等温温度下相变开始前等温屈服强度增量随等温时间的变化曲线，确定不同等温温度下碳化物开始析出时间P
s
；步骤4：根据获取的碳化物的析出开始时间P
s
和结束时间P
f
，绘制合金钢等温过程中碳化物的析出
‑
温度
‑
时间曲线。2.根据权利要求1所述的基于等温应力和相变测定碳化物析出动力学曲线的方法，其特征在于，将真应力
‑
应变曲线上2％应变补偿处的应力值作为屈服应力点的应力值。3.根据权利要求1所述的基于等温应力和相变测定碳化物析出动力学曲线的方法，其特征在于，所述步骤1和所述步骤2具体包括：加工合金钢试样；把热电偶丝焊接在合金钢试样上；在合金钢试样两端均分别依次连接金属钽片和石墨片；把连接了金属钽片和石墨片的合金钢试样安装在热模拟试验机的实验舱内，调整热模拟试验机主轴的轴向位移，使夹头压紧合金钢试样；把热膨胀仪的石英玻璃夹头夹紧合金样品，并与热电偶丝在样品上的位置处于用一截面上；热膨胀仪的输出数据线与热模拟试验机的传感器接口连接；把热电偶丝与热模拟试验机的温度通道相连接，然后关上实验舱舱门并抽真空；实验舱内真空度达到要求后，启动热模拟试验机，根据设定的试验工艺流程进行试验；一个试验工艺结束后，改变试验的工艺参数，重复以上步骤进行下一个试验，直至试验结束；试验结束后，根据热模拟试验机采集到的温度、时间、真应变、真应力和热膨胀量的数值，获得设定的不同等温温度和时间下的真应力
‑
应变曲线以及随时间变化的热膨胀曲线，进而获得等温屈服强度和不同等温温度下的相变开始时间和结束时间。4.根据权利要求3所述的基于等温应力和相变测定碳化物析出动力学曲线的方法，其特征在于：所加工的合金钢试样呈圆柱形，长度和直径比不大于2。5.根据权利要求3所述的基于等温应力和相变测定碳化物析出动力学曲线的方法，其特征在于：热电偶丝采用K型热电偶丝或R型热电偶丝。6.根据权利要求3所述的基于等温应力和相变测定碳化物析出动力学曲线的方法，其特征在于：通过热电偶焊接机把热电偶丝焊接固定在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈松军，李烈军，彭政务，李炯轶，高吉祥，许博，温志林，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：