[发明专利]一种基于Q＆P工艺的碳配分理论计算方法

说明书

本发明涉及一种基于QP工艺的碳配分理论计算方法，该方法主要讨论的是配分阶段的碳配分时间与温度之间的定量关系，该方法主要分为三步：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；计算马氏体相变完成的时间；计算碳从M/A界面处向奥氏体中的扩散，并最终均匀地分布在奥氏体中的时间。本发明可为QP工艺中碳配分温度和时间提供理论计算基础，为实际生产中QP工艺参数的设置提供一套完整的碳配分参数计算方法，降低生产过程工艺参数设置的盲目性，降低废品率。为QP钢在汽车上的应用作出理论贡献，有利于减轻车重，提高安全性，降低生产成本，节能减排。

技术领域

本发明涉及一种碳配分理论计算方法，特别涉及一种基于QP工艺的碳配分理论计算方法。

背景技术

由于汽车的轻量化技术在缓解能源、环境的危机方面有着巨大的潜力，引起了世界各国的高度重视，针对这一状况，研究者们采用多种途径来尽可能的使汽车达到安全性、轻量化及舒适性的统一。采用兼具超高强度和良好的塑性的淬火-配分(QP)钢是实现这一目的的有效手段之一。由于QP工艺的整个热处理过程存在两次马氏体形成过程和一次碳元素的配分过程，两次马氏体的形成过程提高了最终QP钢的强度指标，而其塑性的支撑只是依靠一次淬火后的碳元素配分过程所稳定下来的残余奥氏体。虽然目前研究者们在工艺和成分上对QP钢进行了诸多研究，但是在对于如何准确控制元素配分参数以最大限度地获取残余奥氏体的问题上，研究者们目前还没有达成一致意见。而对残余奥氏体含量的准确控制是保证QP钢优良力学性能所不可或缺的，也是研究者们亟需解决的问题。

发明内容

针对以上不足之处，本发明提出一种基于QP工艺的碳配分理论计算方法，目的是通过本发明实现对QP工艺碳配分参数的准确计算，从而获取QP钢优良力学性能所需的残余奥氏体含量。本碳配分理论计算方法中主要讨论的是配分阶段的碳配分时间与温度之间的定量关系。本发明的碳配分理论方法主要分为三步：1、计算碳从马氏体向马氏体和奥氏体(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(配分过程)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(原子数/cm)，N₀为基体中的溶质原子数(原子数/cm3)，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(K)，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时应该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，可获得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：