浅析Thermo-Calc软件在合金热处理工艺中的应用

2024-08-21 18:44

本文主要是介绍浅析Thermo-Calc软件在合金热处理工艺中的应用,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

Thermo-Calc软件是世界公认的最好的最全面的多元体系热力学与相图计算软件,具备通用、计算灵活的特点,被广泛应用于钢铁、有色金属、核燃料、高熵合金等多领域的材料成分设计优化、工艺过程的设计优化、缺陷和问题的分析等过程中,是目前国内外在材料基因工程和材料集成计算领域的重要计算软件。

本文以马氏体时效钢为例,浅析下Thermo-Calc在合金热处理工艺中的应用。

1. 计算不同固溶温度下平衡相的变化

传统含钴18Ni马氏体时效钢具有良好的强韧性,热处理工艺为固溶处理+时效处理。马氏体时效钢中的Laves相是A2B型金属间化合物,粒状的Laves相容易在马氏体板条间、原始奥氏体晶界析出。时效时未溶的Laves相将损害钢的塑性和韧性,固溶处理时必须使其完全溶解,使Mo、Ti合金元素均匀地分布在基体上,有利于时效析出相的形成。低温固溶处理后未溶的粒状Laves相,时效态当塑性变形载荷应力增大时,Laves相与基体界面容易形成微孔使钢的塑性、韧性下降。固溶处理时Laves相完全溶解,时效后钢的塑性、韧性将提高。传统含钴18Ni马氏体时效钢最佳固溶处理温度为820℃。00Ni14Cr3Mo3Ti马氏体时效钢的合金元素和含量改变将导致组织和性能的变化,对最佳固溶温度也会有一定影响,因此需要优化热处理工艺来使综合力学性能达到最佳。

应用Thermo-Calc热力学计算软件计算00Ni14Cr3Mo3Ti(C 0∙002,Ni 14∙06,Cr 3∙19,Mo 3∙06,Ti 1∙32,Al 0∙16,Co 0∙039,Si 0∙064,Mn 0∙032,S 0∙002,P 0∙0019,余量为Fe)马氏体时效钢不同固溶温度下平衡相的变化,计算结果如表1所示。

表1. 不同固溶温度平衡相各元素的质量分数

从表1可知固溶温度较低时除了有奥氏体,还有未溶的Laves相和TiC。随着固溶温度的升高Laves相和TiC逐渐溶解,导致奥氏体相中钼、钛含量上升。计算结果表明未溶的Laves相大约在850℃完全溶解,TiC大约在1020℃完全溶解。

2. 实验样品制备

采用真空感应工艺冶炼00Ni14Cr3Mo3Ti钢锭,钢锭质量为25kg,钢锭在1200℃保温7h均质化处理,再加热至1150 ℃进行锻造,终锻温度850 ℃,得到直径15mm的拉伸坯料和14mm×14mm冲击坯料。按GB2975加工试样,试样热处理制度为930℃保温1h正火处理,再分别进行750、800、850、900、950、1000、1050℃固溶处理,保温时间1h,空冷,在510 ℃保温5 h做时效处理。

3. 不同固溶温度下样品的相分析

利用XRD对各样品进行相分析并且利用SEM对设计材料进行微观组织表征。不同固溶温度未溶相的X射线衍射结果如图1所示,不同固溶温度固溶态SEM组织结果如图2所示。

图1. 不同固溶温度未溶相的X射线衍射图

图2. 不同固溶温度固溶态SEM组织

从图1和图2可知,00Ni14Cr3Mo3Ti马氏体时效钢在固溶温度为750、800℃时,试验钢有未溶相,通过衍射谱的标定得知未溶相为Laves相;在固溶温度为850℃时,XRD结果表明未检测到未溶相,但SEM组织图显示还有少量未溶相,但在固溶温度为900℃已完全溶解。

Thermo-Calc软件计算表明试验钢Laves相在850℃左右完全溶解,但是实验可知固溶温度为850℃基体中还有少量未溶的 Laves相,固溶温度升至900℃时未溶相已完全溶解。由此可知,即使是功能强大的Thermo-Calc计算结果也会与实际有所差异。因此,在实验之初,若有实验测定平衡相图的帮助,相信科研可以进行得更加顺利。

现在国内外有很多具有平衡相图检索的平台,国外的有Springer Materials,Total materia,MatNavi,The Materials Project等,国内有MatAi,晓材Matmole,MatAid等。其中MatNavi,The Materials Project是免费平台,剩余平台需要会员才能进行搜索。各平台网址如下,各位可按需选择。

Springer Materials:https://materials.springer.com/

数据类型:材料相图,物化性质,晶体结构等

Total materia:https://www.totalmateria.com/

数据类型:金属和非金属材料数据

MatNavi(免费):https://mits.nims.go.jp/

数据类型:材料物化性质,牌号等

The Materials Project(免费):
https://materialsproject.org/

数据类型:金属,无机非金属,高分子,超导等材料相图,性能等

MatAi:https://www.mat.ai/home

数据类型:材料数据,热点资讯,论文,专利等

晓材Matmole:https://www.matmole.com/

数据类型:金属、无机非金属、高分子、材料性能、相图等

MatAid:https://ph.molaid.com/

数据类型:合金、陶瓷相图,晶体信息等

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