[发明专利]基于等温应力和相变测定碳化物析出动力学曲线的方法

说明书

本发明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‑3800热模拟试验机上先通过测定合金钢等温过程中的等温屈服强度和等温相变动力学曲线，然后基于等温屈服强度增量值来确定碳化物等温析出。等温屈服强度增量法结合测定出的等温相变时间，可以有效避开合金钢碳化物等温析出过程中相变对碳化物析出开始点测定的干扰，并能揭示碳化物析出过程和相变的相互作用。此外，本方法操作简单且测定的等温屈服强度值能够直观的反应等温过程中碳化物析出导致强度增加的量，对改进和优化合金钢热处理工艺参数以获取最佳力学性能提供很好地指导作用。

技术领域

本发明属于合金钢热加工技术领域，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。

背景技术

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。

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。

发明内容

鉴于此，本发明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。

为了实现前述发明目的，本发明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：

(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。

(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)。

(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。

(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。