超细晶粒钢焊接热影响区微观组织的模拟研究.pdf

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1、2012年第1期钢铁译文集35超细晶粒钢焊接热影响区微观组织的模拟研究HAZMicrostructureSimulationinWeldingofaUltraFineGrainSteelShiyaowu等摘要本实验对焊接热循环下热影响区晶粒结构的演变过程进行了模拟．特别时SS4O0超细晶粒钢焊接热影响区晶粒长大进行了实验研究。开发出基于微软系统的焊缝热影响区晶粒生长综合型三维MC仿真模拟系统。结果表明，MC仿真模拟系统是探讨焊接热影响区晶粒生长的有效方法。该方法不仅能模拟焊缝热影响区晶粒生长的非等温动力学过程，而且还能

2、逼真地显现奥氏体颗粒。此外，还可轻易地将熟钉扎效应纳入到仿真模拟过程中。从MC仿真模拟获得的不同热输入下焊接热影响粗晶区颗粒尺寸与实际焊接头的实验测定结果基本相符．而且，模拟显示超细晶粒钢的晶粒增长程度大于传统钢种。随着热输入的增加，焊接热影响粗晶区晶粒生长迅速加快。由于Ss4OO超细晶粒钢晶粒增长的活化能较低，奥氏体颗粒可以在一个相时较低的温度下生长，所以焊接热影响粗晶区的范围变宽。关键词MonteCarlo(MC)模拟晶粒生长焊缝熟影响区起细晶钢1前言算微合金化钢的焊接热影响区的显微组织和硬度。另一方面，可建立一个

3、以冶金物理化最近，一些国家已经开始新一代钢项目学过程为基础的数学模型，运用分子热力学的研究。这些钢的主要特点是纯度高、晶粒来计算晶粒生长及微观组织的演变。一般这超细、均匀性好，比传统的钢强度更高且使用种模型是相当复杂的。文献[3]给出一个预寿命更长，同时更加经济。在这些钢的生产过程中广泛采用热机制控制工艺，钢的晶粒测模型来分析焊接过程中微观组织的瞬时体度通常达到微米级或准微米级。由于含碳量积分数，此方法以Watt-Coon模型和三维有低，超细晶钢具有良好的焊接性。然而，众所限元分析方法为基础。然而，直到现在焊接周知，焊

4、接热输入将影响超细晶粒钢热影响热影响区晶粒生长模型结合实验数据是最受区的微观组织和机械性能。特别是热输入将欢迎的方法。例如，已经获得了新钢种的晶促进熔合线附近区域的晶粒的生长，此区域粒生长动力学方程及图形，这是建立在大量称为焊接热影响粗晶区。晶粒的增长导致焊的焊接热模拟实验基础之上的。接接头韧性降低。因此，钢的优点不能完全上面这种方法有一个很明显的缺点，那体现出来。就是忽略了大的温度梯度对焊接热影响区晶为预测钢的焊接热影响区的微观结构和粒生长的影响。无论是热模拟方法还是分析力学性能已经开展了许多研究工作。East-方法

5、都很难把温度梯度考虑在内。erling建立了分析方程，根据相变动力学计Radhakrishnan、Zacharia，和Debroy推出了36钢铁译文集2012年第1期MonteCarlo(MC)方法来研究焊接热影响2试验材料区晶粒的生长，温度梯度对晶粒生长的影响本研究采用超细晶粒钢SS400，钢板厚很容易被纳入考虑。此外，晶粒生长通常采度为3ram，其化学成分分别列于表1和表2，用MC模型来显示。在目前的研究工作中，其微观组织为铁索体和珠光体，铁素体的平我们的主要目的是采用MC模型来研究超均微观尺寸为7m，测出钢的相变

6、温度，并细晶粒钢焊接热影响区的晶粒生长，并编写在表3中列出。一个微型计算机软件。表1超细晶粒钢SS400的化学成分WtCSiMnPSA1CuCrMoNi0．171表2超细晶粒钢SS40O的机械性能(20*(2)模拟焊接热影响区大尺寸晶粒生长。晶粒边界移动模型和实验数据模型都能用于模拟焊接热影响区的晶粒生长。然而，晶粒边界移动模型是一个理想化的模型。晶粒的生长应该与时间的二次方根成正比，晶粒生长指数哀3超细晶粒钢SS4OO的相变温度为0．5，这个数字与许多工程材料不相符。因此，在本研究中，采用EDB模型建立t和实际时间之

7、间的关系。3．2EDB模型3模拟模型以等温实验数据和晶粒生长回归分析为3．1晶粒生长的MC模拟基础，晶粒尺寸(L)、晶粒的初始尺寸(L0)、在MC模拟中，晶粒尺寸随着迭代次数停留时间(t)和温度(T)之间存在如下关系：或者MC模拟时间(tM。。)变化而变化，晶粒n尺寸随时间tM而变化。也就是说，晶粒尺LII—=Ktexp(一)(1)寸随tM的变化基本上独立于材料性能和实式中，K为恒定值，Q为活化能，K和Q都是际的晶粒生长，只与MC模型中的坐标系统从实验数据中获得。在MC模拟中，模拟晶相关。为了预测一个给定热循环的具体材

8、料粒尺寸和MC模拟时间之间有一个经验公的晶粒生长，应确立模拟时间tM和实际时式，如下：间t之间的关系。L=K1××(tMCS)“l(2)在以前的研究中，Radhakrishnan和za—也可以写成如下形式：charia模拟了焊接热影响区的晶粒生长，将Tlog(-V)一log(K1)+n1log(tMcs)(3)tMcs与实际时间的