[发明专利]一种基于Q＆P工艺的碳配分理论计算方法

权利要求书

1.一种基于QP工艺的碳配分理论计算方法，其特征是通过以下步骤实现：

(1)计算碳从马氏体中向马氏体和奥氏体(M/A)界面处扩散所需的时间；

(2)计算马氏体相变完成的时间；

(3)计算碳从M/A界面处向奥氏体中扩散，并最终均匀地分布在奥氏体中的时间；

所述步骤(1)中的碳从马氏体中向M/A界面处扩散时间的计算根据Cottrell方程：

所述式1-1和1-2中，t_M为碳从马氏体向M/A界面处扩散的时间，碳配分时间的理论计算方法中以碳原子为研究对象，N_(t)为单位位错线上所含溶质原子数，N₀为基体中的溶质原子数，A为3×10^-20dyn·cm²，k为波尔兹曼常数，D为碳在马氏体内的扩散系数，ρ为位错密度，T为淬火温度，R为气体常数，C₀为未脱溶马氏体中碳的含量，C₁为配分完成时使奥氏体保留到室温时的最低碳含量；

本发明中材料在被淬火到室温时，根据M_s计算公式1-4计算室温下奥氏体中的碳含量C₁，将各参数带入式1-1中得到t_M；

M_s＝535-317[C]-33[Mn]-28[Cr]-17[Ni]-11[Si+Mo+W] 1-4

所述式1-4中合金元素符号代表的是该元素的质量分数，在实际计算M_s时将误差温度考虑在内；

所述步骤(2)中在计算马氏体相变完成时间t₂时，取马氏体的平均宽度为2×10^-5cm，马氏体的平均长大速率为1×10^-1cm/s，获得t₂；

所述步骤(3)中在计算碳从M/A界面向奥氏体中扩散的均匀化时间时有Fick第二定律扩散方程式：

所述式1-5的高斯误差解为：

所述式1-6中，C表示浓度；W、Y、Z为待定系数；t为配分时间；d为奥氏体宽度，D为碳在奥氏体中的扩散系数；

所述式1-6中碳在奥氏体中的扩散系数D由式1-7获得：

所述式1-7中T表示配分温度，Q为碳在奥氏体中的扩散激活能，w_c为奥氏体中平均碳含量，C₁根据公式1-4求出；

所述式1-6中待定参数W、Y、Z由边界条件求出，所述边界条件为：

当t＝0,-d/2xd/2时，W+Y-Z＝C₀ 1-10

当t＝t₂、x＝-d/2时，

当t＝t₂、x＝d/2时，

本发明在计算时按残余奥氏体两边的碳原子正好扩散到中间时配分完成来计算，即在奥氏体的中间位置取得到误差值为：

所述式1-13得到的值近似于1，将及各数值带入式1-11和式1-12得：W＝(2C₁-C₀)/0.05、Y＝-Z＝(C₁-C₀)/0.05；当碳配分刚好完成时x＝0，将W、Y、Z带入式1-6得式1-14，并最终得到1-15：

所述式1-15算出配分温度为T时所需的碳配分保温时间t；其中，d为奥氏体宽度。

2.根据权利要求1所述的一种基于QP工艺的碳配分理论计算方法，其特征是：在计算时按照残余奥氏体两边的碳原子正好扩散到中间时配分完成来计算。