[发明专利]一种金属材料热处理过程中的奥氏体化测定方法

权利要求书

1.一种金属材料热处理过程中的奥氏体化测定方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.基于热力学、相图计算原理，针对金属材料的成分和温度获取金属材料的相变和热物性参数；

基于系列单点平衡的相变计算以及温度区间的迭代循环计算，通过耦合不同的金属材料热力学数据库包，实现对任何材料体系和成分的相变和热物性参数的计算；

S2.建立温度场-应力场的热力耦合计算的有限元模型；

S3.计算热处理过程中金属材料的温度和热应力变化；

建立连接热动力学计算的温度场和热应力计算子步骤；针对温度场-应力场的热力耦合计算模型，建立用于有限元计算的热源子步骤和膨胀应力子步骤；通过热源子步骤和膨胀应力子步骤调用S1步骤中的相变温度和热物性参数，使多场热力耦合计算的每一计算步都能随时在线获取温度场和应力场计算所需的热物性参数，进行迭代计算；热应力的计算公式为：

{σ}＝[D]·({ε}-{ε₀})；

其中，σ为应力，ε为应变，ε₀为热应变，D为材料的刚度矩阵；

所述金属材料在X、Y、Z三个方向上的热应变均为：ε₀＝α·T；

其中，α为线膨胀系数；T为温度(K)；

S4.获取所述金属材料的温度场和热应力随时间变化的分布情况；

S5.进行温度变化对应的组织演变计算，获取金属材料热处理过程中的奥氏体化测定结果；

所述S1步骤中，所述热物性参数包括相变、热容和热膨胀系数；根据以下公式获得不同体系的热容：

单相时，热容计算公式为：

复相时，热容计算公式为：

其中，C为热容(J/(kg·K))，M为摩尔质量(kg/mol)，dH为焓值变化(J)，dT为温度变化(K)，f_i为第i相的体积分数，i为1、2、3…；

单相时，线膨胀系数计算公式：

复相时，线膨胀系数计算公式：

其中，α为线膨胀系数，f_i为第i相的体积分数，V为摩尔体积(m³/mol)，T为温度(K)，i为1、2、3…；

所述S4步骤中，建立多场耦合计算任务，根据S1步骤至S3步骤提交任务进行求解，获得金属材料的温度场和热应力分布随时间变化情况；

所述S5步骤中，基于温度场直接耦合热力学计算方法，获得热力学平衡相的含量信息从而获取金属材料热处理过程中的奥氏体化测定结果。

2.根据权利要求1所述的金属材料热处理过程中的奥氏体化测定方法，其特征在于，对于所述S2步骤中，建立温度场-应力场的热力耦合计算的有限元模型包括以下子步骤：

S21.建立装配二维或者三维的金属材料的几何模型，设置金属材料随温度变化的热物性参数；

S22.设置金属材料的初始温度和边界条件以及受力条件、热流和换热辐射交互条件，进行直接热力耦合；

S23.对有限元模型整体进行网格划分。

3.根据权利要求2所述的金属材料热处理过程中的奥氏体化测定方法，其特征在于，对于所述S22步骤中，设置热源并利用热源对金属材料进行热处理；设置非均匀外力并将非均匀外力施压于有限元模型上。

4.根据权利要求3所述的金属材料热处理过程中的奥氏体化测定方法，其特征在于，对于所述S23步骤中，所述有限元模型网格划分采用六面体单元网格或四面体单元网格。

5.根据权利要求1所述的金属材料热处理过程中的奥氏体化测定方法，其特征在于，所述S5步骤中，利用CCT/TTT信息定义奥氏体的参量，直接耦合计算非平衡态的组织场分布情况，获取金属材料热处理过程中的奥氏体化测定结果。

6.根据权利要求1所述的金属材料热处理过程中的奥氏体化测定方法，其特征在于，所述S5步骤中，通过节点的温度变化曲线或耦合相场法进行奥氏体晶粒的直观演变模拟，获取金属材料热处理过程中的奥氏体化测定结果。