本文選題：Fe-C-Mn合金 + 奧氏體��； 參考：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：為了滿足日益增長(zhǎng)的材料性能需求,先進(jìn)鋼鐵材料的發(fā)展吸引了廣泛地關(guān)注。鋼鐵材料的力學(xué)性能與其組織狀態(tài)緊密相關(guān),其中,奧氏體-鐵素體相變是鋼鐵材料加工制備和熱處理過(guò)程中發(fā)生的較為普遍的物理冶金現(xiàn)象。合金中發(fā)生的奧氏體-鐵素體相變會(huì)改變材料的組織狀態(tài),從而影響室溫下材料的力學(xué)性能。研究鋼鐵材料中奧氏體-鐵素體相變的微觀組織轉(zhuǎn)變及其動(dòng)力學(xué),對(duì)合金成分設(shè)計(jì)和加工工藝優(yōu)化以獲得所需要的材料組織和性能具有十分重要的意義。因此,本文結(jié)合相場(chǎng)模擬對(duì)不同成分及加工工藝條件下Fe-C-Mn合金中發(fā)生的奧氏體-鐵素體相變進(jìn)行研究。首先建立Fe-C二元合金的奧氏體-鐵素體相變相場(chǎng)模型,模擬了兩相區(qū)發(fā)生的奧氏體-鐵素體等溫相變過(guò)程。模型中考慮了C元素?cái)U(kuò)散和相界面遷移兩個(gè)因素的共同作用。通過(guò)分析鐵素體生長(zhǎng)過(guò)程中C的擴(kuò)散行為,發(fā)現(xiàn)奧氏體/鐵素體相界面處于非平衡狀態(tài),相變過(guò)程表現(xiàn)為混合控制生長(zhǎng)的特征。隨著相變的進(jìn)行,奧氏體-鐵素體相變逐漸從界面控制生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散控制生長(zhǎng)模式。利用該相場(chǎng)模型進(jìn)一步研究了不同等溫溫度對(duì)奧氏體-鐵素體相變中微觀組織和C濃度場(chǎng)演化的影響,結(jié)果表明:隨著等溫溫度的降低,鐵素體形核率增大,鐵素體相變平衡體積分?jǐn)?shù)增加,但奧氏體內(nèi)部C濃度分布的不均勻程度加劇,較低溫相變溫度下的終態(tài)微觀組織呈現(xiàn)為不規(guī)則細(xì)小鐵素體晶粒圍繞分散分布的殘余奧氏體的兩相結(jié)構(gòu)。且隨等溫溫度的降低,奧氏體-鐵素體相變表現(xiàn)出由擴(kuò)散控制生長(zhǎng)模式向界面控制生長(zhǎng)模式轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)。為研究Fe-C-Mn三元合金在臨界區(qū)等溫時(shí)發(fā)生的奧氏體-鐵素體相變,本文針對(duì)Fe-C-Mn三元合金建立了相場(chǎng)模型�；贕ibbs自由能守恒理論,在相場(chǎng)模型中考慮了替換型元素Mn在奧氏體/鐵素體相界面內(nèi)擴(kuò)散所導(dǎo)致的自由能耗散,描述了Fe-C-Mn三元系合金中因Mn在相界面偏聚所導(dǎo)致的相變停滯和相變不完全現(xiàn)象。利用相場(chǎng)模型研究了不同Mn含量對(duì)奧氏體-鐵素體相變微觀組織轉(zhuǎn)變和相變動(dòng)力學(xué)的影響,結(jié)果顯示:隨著Mn含量的增加,鐵素體晶粒的生長(zhǎng)形貌從橢圓狀向扁平狀轉(zhuǎn)變,奧氏體內(nèi)C濃度降低,鐵素體相的轉(zhuǎn)變速率和體積分?jǐn)?shù)降低,Mn在奧氏體/鐵素體相界面內(nèi)擴(kuò)散所導(dǎo)致的溶質(zhì)拖曳現(xiàn)象越明顯,相變不完全程度加劇,奧氏體-鐵素體相變過(guò)程更易表現(xiàn)出界面控制生長(zhǎng)模式。最后,利用Fe-C-Mn三元合金的奧氏體-鐵素體相變相場(chǎng)模型,模擬了相變過(guò)程中不同晶界特征下鐵素體晶粒的形貌與生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)。模型中通過(guò)能量梯度系數(shù)和耦合項(xiàng)系數(shù)的協(xié)同變化,定量表達(dá)晶界能與晶界遷移率的各向異性,同時(shí)固定相場(chǎng)界面寬度來(lái)保證計(jì)算精度。模擬結(jié)果顯示:隨著原奧氏體晶界能與鐵素體-奧氏體晶界能比值σγ.γ/σα.γ的增加,三叉相界面處的平衡角β減小,鐵素體晶粒沿原奧氏體晶界與垂直于奧氏體晶界方向的生長(zhǎng)速率差變大。鐵素體與奧氏體晶粒間的晶粒取向越接近,鐵素體生長(zhǎng)越緩慢。應(yīng)用該模型模擬了多晶組織的演化過(guò)程,不同奧氏體晶界處鐵素體晶粒表現(xiàn)出不同的生長(zhǎng)形貌,揭示了不同類型晶粒形貌與晶粒間之間的取向關(guān)系,并與實(shí)際金相組織對(duì)比,結(jié)果兩者吻合較好。
[Abstract]:In order to meet the increasing demand for material performance, the development of advanced steel materials has attracted wide attention. The mechanical properties of steel materials are closely related to the state of their tissues. The austenite ferrite transformation is a common physical metallurgy phenomenon occurring during the process of processing and heat treatment of steel materials. The austenite ferrite transformation will change the microstructure of the material and influence the mechanical properties of the materials at room temperature. The microstructure transformation and kinetics of the austenite ferrite transformation in steel materials are studied. It is of great significance to the design and process optimization of the alloy components to obtain the structure and properties of the materials needed. In this paper, the phase field simulation is used to study the austenite ferrite transformation in Fe-C-Mn alloy under different components and processing conditions. First, the phase field model of austenite ferrite phase transition in the Fe-C two element alloy is established, and the isothermal phase transition process of the austenite ferrite in the two phase region is simulated. The diffusion of C elements is considered in the model and the diffusion of the elements is considered in the model. The interaction between the two factors of phase interface migration. Through the analysis of the diffusion behavior of C during the growth of ferrite, it is found that the austenite / ferrite interface is in a nonequilibrium state. The phase transition process is characterized by mixed control growth. With the phase transition, the austenite ferrite transformation gradually transforms from the interface control growth to the diffusion control student. This phase field model is used to further study the effect of different isothermal temperatures on the microstructure and the evolution of C concentration field during the phase transition of austenite ferrite. The results show that the nucleation rate of ferrite increases and the equilibrium volume fraction of ferrite increases with the decrease of isothermal temperature, but the uneven degree of C concentration distribution in austenite is added to the austenite. The final state microstructure at the low temperature phase transition temperature appears as the two-phase structure of the dispersed retained austenite in the irregular fine-ferrite grain. And with the decrease of the isothermal temperature, the phase transformation of austenite ferrite shows the trend of the transformation from the diffusion controlled growth mode to the interface control growth mode. The study is for the study of the Fe-C-Mn three element combination. The phase field phase transition of gold at the critical zone isotherm. In this paper, a phase field model is established for the Fe-C-Mn three element alloy. Based on the Gibbs free energy conservation theory, the free energy dissipation caused by the diffusion of the substitutional element Mn in the austenite / ferrite phase interface is considered in the phase field model, and the Mn in the Fe-C-Mn three element alloy is described. The phase transition stagnation and incomplete phase transition caused by the segregation of phase interface. The effect of different Mn content on the microstructure transformation and phase transition kinetics of austenite ferrite transformation was studied by phase field model. The results showed that the growth morphology of ferrite grains changed from elliptical to flat with the increase of Mn content, and the concentration of C in austenite decreased. The transition rate and volume fraction of ferrite phase decrease, the solute drag caused by the diffusion of Mn in the austenite / ferrite phase interface is more obvious, the phase transition incompleteness intensifies, and the austenite ferrite transformation process is more likely to show the interface control growth mode. Finally, the phase transformation of austenite ferrite phase of the Fe-C-Mn three element alloy is used. The field model is used to simulate the morphology and growth kinetics of ferrite grains under the characteristics of different grain boundaries in the phase transition process. In the model, the anisotropy of the grain boundary energy and grain boundary mobility is expressed by the synergistic variation of the energy gradient coefficient and the coupling coefficient. At the same time, the interface width of the phase field is fixed to ensure the calculation accuracy. The simulation results show that along with the simulation results: The grain boundary energy ratio between the original austenite and austenite grain boundary can be increased, the equilibrium angle of the interface between the trigeminal phase decreases and the growth rate of ferrite grain along the original austenite grain boundary and the direction perpendicular to the austenite grain boundary becomes larger. The closer the grain orientation between the ferrite and austenite grain is, the slower the ferrite growth is. The evolution process of polycrystalline microstructure was simulated by this model. The ferrite grain at different austenite grain boundaries showed different growth morphology, and revealed the relationship between the grain morphology and grain size between different types of grain, and compared with the actual metallographic structure, the results were in good agreement.

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG141

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本文編號(hào)：1792373