低合金超高强度钢淬火回火过程本构行为与数值模拟研究

.本项目针对提高低合金超高强度钢韧性的机理和热处理工艺优化提出，研究微观组织形态、残余奥氏体含量及相变塑性对低合金超高强度钢强度和韧性的影响，解释微观组织形态影响强度和韧性的机理，建立评价热处理工艺的标准。在热模拟机上进行施加外部应力的淬火和低温回火试验研究冷却速度和应力对淬火、回火过程组织转变、微观组织形态及变形的影响，建立考虑相变塑性与微观组织形态影响的G50钢淬火和低温回火过程的本构模型。开发三维有限元程序，模拟计算G50钢构件在淬火和低温回火过程中温度、组织、应力和微观组织形态的演变，在数值模拟的基础上实现可控制的热处理工艺。本项目对于明确微观组织影响低合金超高强度钢韧性的机理，掌握热处理参数影响其微观组织的规律，减少热处理变形，提高G50钢构件质量具有重要意义。

采用热膨胀试验在线测量G50钢淬火和低温回火过程的体积变化，表征了G50钢在淬火和低温回火过程中的组织转变，建立了马氏体相变动力学和等温贝氏体相变动力学。用SEM、TEM、XRD和EBSD等表征热处理对G50钢微观组织形态和力学性能的影响，确定G50钢的强化机制为马氏体相变强化和细晶强化。马氏体板条束在原奥氏体晶粒内产生，薄膜状残留奥氏体存在于马氏体板条边界上，珠光体转变受到抑制，低温回火后仍然细小的马氏体板条束。.测定G50钢的热物性参数、TTT曲线、CCT曲线，测量随温度、微观组织变化的力学性能参数，建立G50钢淬火回火数值模拟计算所需的材料参数数据库。研究了应力对马氏体和贝氏体相变的影响，建立了马氏体相变塑性动力学、贝氏体相变塑性动力学，得到考虑温度、组织、相变塑性的G50钢淬火本构方程。用热膨胀试验和回火试样硬度测量的结果，建立了基于回火参数的低温回火本构方程。.开发了G50钢构件淬火、低温回火过程数值模拟的有限元分析程序，可以预测G50钢构件在淬火、回火过程的温度、组织、应力与变形。设计了G50钢试验件，在生产现场进行了浸油淬火在线测温，建立了工件浸油淬火的表面换热系数。数值模拟结果用于优化G50钢工件的热处理工艺。