預(yù)測(cè)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度的方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及預(yù)測(cè)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度的方法及裝置。該方法包括：確立單相硬度計(jì)算公式的步驟，該單相硬度計(jì)算公式包括第一單相硬度計(jì)算公式和第二單相硬度計(jì)算公式，其中；通過用金相顯微鏡對(duì)對(duì)象鋼材進(jìn)行觀察或者通過對(duì)對(duì)象鋼材進(jìn)行CCT曲線測(cè)試，來得到對(duì)象鋼材中的各單相的種類及各單相的體積分?jǐn)?shù)的步驟；根據(jù)對(duì)象鋼材中的各單相的種類，利用第一單相硬度計(jì)算公式和/或第二單相硬度計(jì)算公式，分別求出對(duì)象鋼材中的各單相的單相硬度的步驟；根據(jù)體積分?jǐn)?shù)、對(duì)象鋼材中的各單相的單相硬度，對(duì)整體硬度進(jìn)行預(yù)測(cè)的步驟。根據(jù)本發(fā)明，可提高對(duì)熱處理后的鋼材的整體硬度進(jìn)行預(yù)測(cè)的精度。
【專利說明】
預(yù)測(cè)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度的方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種預(yù)測(cè)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度的方法及裝置，屬于金屬熱處 理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼材經(jīng)過熱處理后的材料硬度是檢驗(yàn)鋼材經(jīng)熱處理后性能的一個(gè)重要指標(biāo)，是判 斷由熱處理后的鋼材制作的零件使用可靠性的重要依據(jù)。同時(shí)，硬度預(yù)測(cè)模型也是熱處理 模擬中一個(gè)必不可少的參數(shù)。而目前預(yù)測(cè)材料硬度的模型很少，基本是將經(jīng)過熱處理后的 鋼材中的各單相組織的硬度按百分含量直接加和來取得熱處理后的鋼材的整體硬度（即 材料硬度）的模型，其僅考慮了熱處理后的鋼材的原始奧氏體晶粒度、化學(xué)成分（例如含碳 量）的影響。如非專利文獻(xiàn)1提到，上述預(yù)測(cè)材料硬度的模型一般可用下式來表述：
[0003]
[0004] 其中，Hv是鋼材的整體硬度，j表示單相的種類，f和Hv汾別是鋼材中的某一類 單相j的體積分?jǐn)?shù)及與該類單相j的組織的顯微硬度（即單相硬度）。
[0005] 此外，非專利文獻(xiàn)2中提及了材料強(qiáng)度R和硬度HV存在著內(nèi)在的聯(lián)系，可以進(jìn)行 一定的換算，如：
[0006] R = 3. 3HV 式（2)
[0007] 同時(shí)，Hall-Petch公式表述了強(qiáng)度與原始奧氏體晶粒度間關(guān)系：
[0008] _
[0009] 結(jié)合兩者可以推測(cè)出上述整體硬度也可類似地表述為：
[0010]
[0011] 此處的g表征熱處理后的鋼材的原始奧氏體晶粒度。而鋼材的碳含量Xc對(duì)硬度 的影響通常呈線性關(guān)系（參見非專利文獻(xiàn)3)，則式（4)可以表述為：
[0012]
[0013] 式（3)-式（5)中，/??、如〇〇表示常量，L、K為系數(shù)。
[0014] 但是，通過這種方法取得的對(duì)熱處理后的鋼材的整體硬度的預(yù)測(cè)結(jié)果不夠準(zhǔn)確。
[0015] 又如專利文獻(xiàn)1在進(jìn)行上述整體硬度預(yù)測(cè)時(shí)也僅考慮鋼材中的合金元素及原始 奧氏體晶粒度的影響，其預(yù)測(cè)精度也不夠準(zhǔn)確。因此，如何能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)鋼材熱處理后后的整 體硬度是金屬熱處理領(lǐng)域亟待解決的問題。
[0016] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)：
[0017] 專利文獻(xiàn)：
[0018] 專利文獻(xiàn) 1 :CNl〇36l7354A
[0019] 非專利文獻(xiàn)：
[0020] 非專利文獻(xiàn) 1 :C. Y. Kung and J. J. Rayment: Metal 1. Trans. A，1982, vol. 13A，ρρ· 328-31.
[0021] 非專利文獻(xiàn) 2 :Umemoto, Μ·，Relationship between hardness and tensile properties in various single structured steels. Materials Science and Technolog y, 2001. 17(5) :p. 505-511.
[0022] 非專利文獻(xiàn) 3 :Li, Μ. V.，A computational model for the prediction of steel hardenability. Metallurgical and Materials Transactions ；B ；Process Metallurgy and Materials Processing Science,1998. 29(3):p. 661.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的對(duì)于鋼材熱處理后的材料硬度的預(yù)測(cè)方法研究不足，公開一種 新的硬度預(yù)測(cè)方法及裝置?？紤]鋼馬氏體及鐵素體、珠光體、貝氏體相變機(jī)制的不同，結(jié)合 化學(xué)成分，原始奧氏體晶粒度、過冷度、冷卻速度等的交互作用來對(duì)對(duì)象鋼材熱處理后的整 體硬度進(jìn)行預(yù)測(cè)。
[0024] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的預(yù)測(cè)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度的方法包括： 1-1.確立單相硬度計(jì)算公式的步驟，該單相硬度計(jì)算公式包括用于求得第一單相的單相硬 度1^的第一單相硬度計(jì)算公式和用于求得第二單相的單相硬度Hv M的第二單相硬度計(jì)算 公式，其中，所述第一單相是指單相的種類為鐵素體、珠光體、貝氏體中的任一個(gè)的單相，所 述第二單相是單相的種類為馬氏體的單相；1-2.通過用金相顯微鏡對(duì)所述對(duì)象鋼材進(jìn)行 觀察或者通過對(duì)所述對(duì)象鋼材進(jìn)行CCT曲線測(cè)試，來得到所述對(duì)象鋼材中的各單相的種類 及各單相的體積分?jǐn)?shù)的步驟；1-3.根據(jù)所述對(duì)象鋼材中的各單相的種類，利用所述第一單 相硬度計(jì)算公式和/或所述第二單相硬度計(jì)算公式，分別求出所述對(duì)象鋼材中的各單相的 單相硬度的步驟；1-4.根據(jù)所述體積分?jǐn)?shù)、所述對(duì)象鋼材中的各單相的單相硬度，對(duì)所述 整體硬度進(jìn)行預(yù)測(cè)的步驟。
[0025] 與沒有將對(duì)象鋼材熱處理后的各單相區(qū)分為第一單相和第二單相就計(jì)算單相硬 度，從而利用計(jì)算出的單相硬度來對(duì)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法相比， 本發(fā)明的預(yù)測(cè)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度的方法因?yàn)榭紤]到的第一單相和第二單相的 相變機(jī)制的不同，并根據(jù)各自的相變機(jī)制來建立相應(yīng)的單相硬度計(jì)算公式，從而可更準(zhǔn)確 地計(jì)算各單相的單相硬度，進(jìn)而提高對(duì)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度進(jìn)行預(yù)測(cè)的精度。
[0026] 又，本發(fā)明的預(yù)測(cè)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度的方法中，確立所述單相硬度計(jì) 算公式的步驟包括：2-1.設(shè)立系數(shù)待定的單相硬度計(jì)算公式：通過用碳含量Χ ε、原始奧氏 體晶粒度g、過冷度△ Τ表述所述單相硬度HVi，來假設(shè)系數(shù)待定的所述第一單相硬度計(jì)算 公式：
[0027]
[0028] 其中，i表示所述第一單相的種類，c、c。、d、d。、e、e。、f、f。為系數(shù)，通過用碳含量 Xc、原始奧氏體晶粒度g、冷卻速度VM來表述所述單相硬度Hv M，來假設(shè)系數(shù)待定的第二單相 硬度計(jì)算公式：
[0029] Hvm= (c mo+cm · Xc) + (dM0+dM · Xc) · g 1/2
[0030] +[(eM0+eM · Xc) + (fM0+fM · Xc) · g 1/2] · logVM
[0031] 其中，Μ表示所述第二單相的種類，cM、cM。、d M、dM。、eM、eM。、fM、f M。為系數(shù)；2-2.確定 單相硬度計(jì)算公式的系數(shù)：通過對(duì)樣品鋼材進(jìn)行TTT曲線測(cè)試，使所述樣品鋼材的單相變 為第一單相的情況下，根據(jù)多組所得到的所述樣品鋼材的單相硬度1^的實(shí)際值、與這些單 相硬度1^的實(shí)際值一一對(duì)應(yīng)的過冷度△ Τ、原始奧氏體晶粒度g，以及所述樣品鋼材的碳 含量乂(；，確定所述(3、(3。、(1、(1。、6、6。、；^；^，在通過對(duì)樣品鋼材進(jìn)行0：1'曲線測(cè)試，使所述樣品 鋼材的單相變?yōu)樗龅诙蜗嗟那闆r下，根據(jù)多組所得到的所述樣品鋼材的單相硬度Hv m 的實(shí)際值、與這些單相硬度Hvm的實(shí)際值一一對(duì)應(yīng)的冷卻速度VM、原始奧氏體晶粒度g、以及 所述樣品鋼材的碳含量Xc，確定所述C M、cM。、dM、dM。、eM、e M。、fM、fM();2-3.將所述c、c。、d、d。、 e、e。、f、f。代入所述系數(shù)待定的第一單相硬度計(jì)算公式，從而確立第一單相硬度計(jì)算公式， 以及將所述cM、c M。、dM、dM。、eM、eM。、f M、fM。代入所述系數(shù)待定的第二單相硬度計(jì)算公式，從而 確立第二單相硬度計(jì)算公式。
[0032] 因?yàn)樵贑CT曲線測(cè)量過程中可以控制并得到馬氏體相變的冷卻速度，以及在TTT 曲線測(cè)量過程中可以設(shè)置等溫溫度來特定地得到鐵素體相變、珠光體相變或貝氏體相變的 過冷度，所以采用上述方式來獲取，并從而在這些冷卻速度及過冷度條件下測(cè)定并得到的 相應(yīng)的單相硬度，所以上述單相硬度的計(jì)算方法在操作中的可行性高。
[0033] 優(yōu)選地，本發(fā)明的預(yù)測(cè)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度的方法中，所述樣品鋼材與 對(duì)象鋼材為同一系列的鋼材。如果所述樣品鋼材與所述對(duì)象鋼材不為同一系列鋼材，雖然 也可建立單相硬度計(jì)算公式，但利用該單相硬度計(jì)算公式所求出的對(duì)象鋼材熱處理后的各 單相硬度卻很可能不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致對(duì)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度的預(yù)測(cè)的精度下降。
[0034] 此外，本發(fā)明的預(yù)測(cè)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度的裝置包括：?jiǎn)蜗嘤捕扔?jì)算公 式設(shè)置單元，其用于設(shè)置單相硬度計(jì)算公式，該單相硬度計(jì)算公式單元包括用于求得第一 單相的單相硬度!^的第一單相硬度計(jì)算公式和用于求得第二單相的單相硬度Hv M的第二 單相硬度計(jì)算公式，其中，所述第一單相是指單相的種類為鐵素體、珠光體、貝氏體中的任 一個(gè)的單相，所述第二單相是單相的種類為馬氏體的單相；體積分?jǐn)?shù)獲取單元，其通過用金 相顯微鏡對(duì)所述對(duì)象鋼材進(jìn)行觀察或者通過對(duì)所述對(duì)象鋼材進(jìn)行CCT曲線測(cè)試，來得到所 述對(duì)象鋼材中的各單相的種類及各單相的體積分?jǐn)?shù)；單相硬度計(jì)算單元，其根據(jù)所述對(duì)象 鋼材中的各單相的種類，利用所述單相硬度計(jì)算公式設(shè)置單元中所設(shè)置的所述第一單相硬 度計(jì)算公式和/或所述第二單相硬度計(jì)算公式，分別求出所述對(duì)象鋼材中的各單相的單相 硬度；整體硬度預(yù)測(cè)單元，其根據(jù)所述體積分?jǐn)?shù)、所述對(duì)象鋼材中的各單相的單相硬度，對(duì) 所述整體硬度進(jìn)行預(yù)測(cè)的步驟。
[0035] 發(fā)明效果
[0036] 根據(jù)本發(fā)明的預(yù)測(cè)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度的方法及裝置，可以對(duì)于對(duì)象鋼 材在熱處理后所得到的第一單相和/或第二單相，按照第一單相和第二單相的不同的相變 機(jī)制的不同，分別確立單相硬度計(jì)算公式并利用其來求得相應(yīng)的第一單相和/或第二單相 的單相硬度，從而可提高對(duì)熱處理后的鋼材的整體硬度進(jìn)行預(yù)測(cè)的精度。
【附圖說明】
[0037] 圖1是本發(fā)明的對(duì)于對(duì)象鋼材被熱處理后的整體硬度進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法的流程圖。
[0038] 圖2是示出作為樣品鋼材的20CrMo鋼在不同奧氏體化溫度下的TTT曲線的圖。
[0039] 圖3是示出作為另一樣品鋼材的42CrMo鋼在不同奧氏體化溫度下的TTT曲線。
[0040] 圖4是示出作為樣品鋼材的20CrMo鋼在不同奧氏體化溫度下的CCT曲線的圖。
[0041] 圖5是示出作為另一樣品鋼材的42CrMo鋼在不同奧氏體化溫度下的CCT曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0042] <發(fā)明原理>
[0043] 原始奧氏體晶粒度本發(fā)明是根據(jù)熱處理后的對(duì)象鋼材的各單相的體積分?jǐn)?shù)和單 相硬度來對(duì)對(duì)象鋼材在熱處理后的整體硬度進(jìn)行預(yù)測(cè)。
[0044] 在這里，各單相的體積分?jǐn)?shù)是指熱處理后的對(duì)象鋼材中的某一單相j所對(duì)應(yīng)的單 相組織與熱處理后的對(duì)象鋼材的體積的比（也就是上文說所的百分含量）。該體積分?jǐn)?shù)可 以通過本領(lǐng)域通常的技術(shù)手段來取得，例如用金相顯微鏡來對(duì)熱處理后的對(duì)象鋼材進(jìn)行觀 察，以目視方式獲知熱處理后的對(duì)象鋼材所具有的各單相的種類及各單相所對(duì)應(yīng)的單相組 織在對(duì)象鋼材中的占比。此外，例如還可以通過對(duì)熱處理后的對(duì)象鋼材進(jìn)行連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 (Continuous Cooling Transformation，以下簡(jiǎn)稱為CCT)曲線測(cè)試的方式，來獲知上述各 單相的種類及各單相的體積分?jǐn)?shù)。
[0045] 又，本發(fā)明中所說的熱處理包括各種對(duì)金屬進(jìn)行熱處理的形式而沒有加以特別限 定，例如對(duì)對(duì)象鋼材進(jìn)行的熱處理可以是淬火處理、退火處理、正火處理、回火處理等。
[0046] 又，為了保證后文所述的單相硬度計(jì)算公式的準(zhǔn)確性，在確定該單相硬度計(jì)算公 式的各項(xiàng)系數(shù)時(shí)，采用與對(duì)象鋼材同一系列的鋼材來作為后文所述的樣品鋼材。例如，假如 對(duì)象鋼材是35CrMo鋼的話，樣品鋼材可以是用為CrMo系列鋼的20CrMo鋼或42CrMo鋼等。
[0047] 首先，本發(fā)明中，根據(jù)顯微硬度的定義，用下式來表示鋼材的整體硬度Hv:
[0048]
[0049] 式（6)的中的Hv、j、f]、HV]的定義與式⑴相同，在此不再重復(fù)敘述。因?yàn)樵趯?shí)際 測(cè)量硬度時(shí)，各相承會(huì)受相同的靜態(tài)載荷，所以與式（1)相比，式（6)能更準(zhǔn)確地表述各單 相的單相硬度與鋼材的整體硬度的關(guān)系。因此，根據(jù)式（6)，只要獲取鋼材的各單相的體積 分?jǐn)?shù)及單相硬度就可得到鋼材的整體硬度。
[0050] 并且，各單相的種類及體積分?jǐn)?shù)按上述方式就可容易取得。在本發(fā)明中，各單相的 種類是貝氏體、鐵素體、珠光體、馬氏體中的任一種，并且，為了敘述上的方便，將貝氏體、鐵 素體、珠光體稱為第一單相（在本發(fā)明中用i來表示），將馬氏體稱為第二單相（在本發(fā)明 中用Μ來表示）。另外，需要說明的是，因?yàn)闊崽幚砗蟮匿摬闹械蔫F素體和珠光體無法被區(qū) 分，因此在本發(fā)明中，將鐵素體和珠光體視為同一種單相。
[0051] 接下來，我們對(duì)如何取得各單相的單相硬度進(jìn)行說明。
[0052] 在鋼材中，各種單相的單相硬度由多種因素決定，我們只要獲得各種單相分別與 相應(yīng)因素的關(guān)系，就能確定單相硬度計(jì)算公式并求得各單相的單相硬度，從而如式（6)所 述那樣預(yù)測(cè)鋼材的整體硬度。
[0053] 此外，需要指出的是：
[0054] 1)對(duì)于馬氏體相變，原始奧氏體晶粒度與實(shí)際尺寸存在直接聯(lián)系，因而式⑶可 以很好適用，但是對(duì)于鐵素體，珠光體和貝氏體相變則需要考慮這幾種相變的過冷度的作 用。
[0055] 2)化學(xué)成分（例如含碳量）和原始奧氏體晶粒度可能存在交互作用，因而直接采 用如式（1)那樣的加和形式來表述兩者的對(duì)材料硬度的貢獻(xiàn)會(huì)不合理。
[0056] 綜合以上兩點(diǎn)，考慮馬氏體（即第二單相）與鐵素體，珠光體和貝氏體（即第一單 相）這兩類單相的相變機(jī)制的不同，而分別針對(duì)第一單相和第二單相建立不同的計(jì)算公式 來分別求得第一單相的單相硬度和第二單性的單相硬度。
[0057](計(jì)算第一單相的單相硬度）
[0058] 對(duì)于鐵素體，珠光體和貝氏體相變，當(dāng)鋼材經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚砗螽a(chǎn)生了第一單相 的情況下，該第一單相的組織的單相硬度1^可表述為：
[0059] Ην；= Fi(AT, g, Xc)式（7)
[0060] 即是說，第一單相的單相強(qiáng)度HVi*過冷度Δ τ，原始奧氏體晶粒度g及碳含量X c 決定。其中，根據(jù)鋼材的類型而可獲知該鋼材的碳含量，原始奧氏體晶粒度g則是通過金相 顯微鏡對(duì)該鋼材觀察后而得到，并且這里所說的原始奧氏體晶粒度g是指對(duì)熱處理后得到 第一單相時(shí)的鋼材的原始奧氏體晶粒度。另外，需要說明的是，因?yàn)樵诒景l(fā)明中，熱處理后 的鋼材中的鐵素體和珠光體無法被區(qū)分，因此在本發(fā)明中，將鐵素體和珠光體視為同一種 單相。
[0061] 然后，在對(duì)對(duì)象鋼材進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變（Time，Temperature，Transformation，以下簡(jiǎn) 稱為TTT)曲線測(cè)試。
[0062] 在不同的奧氏體化溫度下，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定不同的等溫溫度，可在不同等溫溫度 下由等溫轉(zhuǎn)變得到單相的鐵素體，珠光體，貝氏體。對(duì)于如何在ΤΤΤ曲線測(cè)試中設(shè)定等溫溫 度來得到單相的鐵素體、珠光體、貝氏體屬于本領(lǐng)域的公知常識(shí)，在此不再贅述。由此，不同 奧氏體化溫度即不同原始奧氏體晶粒度下的第一單相的組織的單相硬度就可以測(cè)得。由相 變知識(shí)可知，該單相硬度Ην,_可以由過冷度表示△ Τ為：
[0063]
[0064] A。為與碳含量X e及原始奧氏體晶粒度g相關(guān)的系數(shù)，并且Δ T = Te-T，Te為 共析溫度，其為一常量，為727 °C，T為等溫溫度。
[0065] 同樣的，根據(jù)Hall-Petch公式，系數(shù)與原始奧氏體晶粒度g的關(guān)系可以表示 為：
[0066] AfCVD#1'2 式（9)
[0067] BfEjF#1'2 式（10)
[0068] 其中，CpDi jpDi可由式（8)測(cè)得的第一單相的組織的單相硬度與過冷度的關(guān)系 得到。同時(shí)，Q、D。Ep Di是與碳含量X。線性相關(guān)的系數(shù)，它們進(jìn)一步可以表示為：
[0069] 0；= c o+c · Xc 式（11)
[0070] 0；= d 0+d · Xc 式（12)
[0071] Ei= e0+e · Xc 式（13)
[0072] Dffa+f.X。式（14)
[0073] 系數(shù)c、c。、d、d。、e、e。、f、f?？梢杂刹煌己坎牧嫌捕鹊玫?。
[0074] 因此，第一單相的單相硬度HVl可以表述為：
[0075]
[0076] (計(jì)算第二單相的單相硬度）
[0077] 另一方面，對(duì)于作為第二單相的馬氏體，其單相硬度HvM是與化學(xué)成分（碳含量X。） 及冷卻速度V M相關(guān)的，單相硬度Hv M可以表述為：
[0078] Hvm= Am+Bm · logVM 式（16)
[0079] 其中AM、BM是與化學(xué)成分及原始奧氏體晶粒度g相關(guān)的系數(shù)。V M可以由CCT曲線 中馬氏體轉(zhuǎn)變得到。
[0080] AM、BM與原始奧氏體晶粒度g的關(guān)系可以表述為：
[0081] AM=CM+DMg1/2 式（17)
[0082] BM= E M+DMg 1/2 式（18)
[0083] 類似的，CM、DM、EM、FM是與碳含量X。線性相關(guān)的系數(shù)，進(jìn)一步可以表述為：
[0084] CM= c M0+cM · Xc 式（19)
[0085] Dm= dM0+dM · Xc 式（20)
[0086] EM= e M0+eM · Xc 式（21)
[0087] FM= f M0+fM · Xc 式（22)
[0088] 系數(shù)cM、cM。、dM、dM。、eM、e M。、fM、fM?？梢杂刹煌己坎牧嫌捕鹊玫健?br>[0089] 因此，第二單相的單相硬度HvM可以表述為：
[0090] Hvm= (c mo+cm · Xc) + (dM0+dM · Xc) · g 1/2+[(eM0+eM · Xc) + (fM0+fM · Xc) · g 1/2] · logVM 式（23)
[0091] 由此，將式（15)、（23)代入式（6)，即得到鋼材的材料硬度（整體硬度）。
[0092] <實(shí)施例>
[0093] 以預(yù)測(cè)對(duì)CrMo鋼一熱處理后的整體硬度為例，參照附圖來對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式 進(jìn)行具體說明。
[0094] 圖1是本發(fā)明的對(duì)于對(duì)象鋼材被熱處理后的整體硬度進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法的流程圖。 圖2-圖4是作為樣本鋼材1的20CrMo鋼和作為樣本鋼材2的42CrMo鋼這兩種CrMo鋼在 不同奧氏體化溫度下的CCT、TTT曲線。
[0095] 需要說明的是，出于數(shù)學(xué)計(jì)算上的考慮，為了分別計(jì)算出上述式（15)、（23)中的 系數(shù)c、c。、d、d。、e、e。、f、f。，以及系數(shù)c M、cM。、dM、dM。、eM、e M。、fM、fM。，樣本鋼材的數(shù)量至少為 兩個(gè)，TTT曲線測(cè)試和CCT曲線測(cè)試中的奧氏體化溫度的數(shù)量至少都為三個(gè)，TTT曲線測(cè)試 中的每一奧氏體化溫度下對(duì)各第一單相設(shè)置的等溫溫度的數(shù)量至少為3個(gè)，CCT曲線測(cè)試 中的冷卻速度的數(shù)量至少為3個(gè)。如果少于上述所設(shè)的數(shù)量，則可能由于數(shù)據(jù)不足而無法 求出上述系數(shù)。
[0096] 在對(duì)35CrMo鋼的淬火的整體硬度進(jìn)行預(yù)測(cè)之前，首先需要針對(duì)CrMo系列鋼確立 單相硬度計(jì)算公式。
[0097] 如上所述，對(duì)于第一單相，如圖2-3及表1、表2所示地設(shè)置奧氏體化溫度和等溫溫 度，對(duì)20CrMo鋼和42CrMo鋼進(jìn)行TTT曲線測(cè)試，從而得到表1、表2中所列的不同奧氏體化 溫度下的、各第一單相在不同等溫溫度下的顯微硬度（單相硬度）。該顯微硬度是利用顯微 硬度計(jì)測(cè)得的。此外，如前所述，在本發(fā)明中，由于鐵素體及珠光體無法區(qū)分開，因此將這兩 種單相的混合組織視為同一種單相的組織。
[0098] 另外，如果在該TTT曲線測(cè)試中得到了第一單相以外的相的話（可以利用金相顯 微鏡來目視判斷），則不采用該組數(shù)據(jù)。
[0099] 表1 20CrMo在不同奧氏體化溫度下及各等溫溫度所得各相顯微硬度
[0100]
[0102] 表2 42CrMo在不同奧氏體化溫度下及各等溫溫度所得各相顯微硬度
[0103]
[0104] 接著，對(duì)于第二單相，如圖4-5及表3所示地設(shè)置奧氏體化溫度和冷卻速度，對(duì) 20CrMo鋼和42CrMo鋼進(jìn)行CCT曲線測(cè)試，從而得到表3中所列的不同奧氏體化溫度下的、 第二單相在不同冷卻速度下的顯微硬度（單相硬度）。該顯微硬度是利用顯微硬度計(jì)測(cè)得 的。
[0105] 另外，如果在該TTT曲線測(cè)試中得到了第二單相以外的相的話（可以利用金相顯 微鏡來目視判斷），則不采用該組數(shù)據(jù)。
[0106] 表3 20CrMo和42CrMo在不同奧氏體化溫度下馬氏體單相顯微硬度
[0107]
[0108]
[0109] 根據(jù)式（8)第一單相的單相硬度與過冷度的關(guān)系，通過線性擬合，可得到對(duì)應(yīng)的 系數(shù)，如表4所示；再根據(jù)式（9)、式（10)，通過線性擬合，可得到與原始奧氏體晶粒度相關(guān) 的系數(shù)，如表5所示；最后根據(jù)（11)-(14)式，通過線性擬合，即可建立Q，Dd Ε1; R是與碳 含量Xc的關(guān)系。由此建立珠光體+鐵素體，貝氏體硬度計(jì)算模型，如式（24)，（25)所示。
[0110] 表4與過冷度相關(guān)的系數(shù)
[0111]
[0112]
[0113] 表5與原始奧氏體晶粒度相關(guān)的系數(shù)
[0114]
[0115] 由以上20CrM0鋼和42CrM〇鋼在不同奧氏體溫度下的，各第一單相在不同等溫溫 度下的單相硬度，可針對(duì)CrMo鋼，確定式（15)中的各系數(shù)c、c。、d、d。、e、e。、f、f。，由此針 對(duì)CrMo鋼的第一單相的單相硬度計(jì)算公式得以確立
[0116]
[0118] 其中，式（24)是針對(duì)CrMo鋼的鐵素體+珠光體時(shí)的單相硬度計(jì)算公式；式（25) 是針對(duì)CrMo鋼的貝氏體時(shí)的單相硬度計(jì)算公式。
[0119] 同理，如式（26)所示，由以上20CrM0鋼和42CrMo鋼在不同奧氏體溫度下的，各第 二單相在不同冷卻速度下的單相硬度，可針對(duì)CrMo鋼，確定式（23)中的各系數(shù)c M、cM、dM、 dM。、eM、eM。、fM、fM。，由此針對(duì)CrMo鋼的第二單相的單相硬度計(jì)算公式得以確立。
[0120]
[0121] 上述式（24)-(26)中的原始奧氏體晶粒度都可以通過CCT、TTT曲線試樣容易得 至|J，V M也可由CCT曲線讀取，因此，通過式（24)-(26)及式（6)就能預(yù)測(cè)CrMo鋼在不同熱處 理工藝下的整體硬度。
[0122] 例如，對(duì)象鋼材為20CrMo鋼時(shí)，其在退火（退火溫度735°C )后，其組織為65 %鐵 素體+35%珠光體，實(shí)際測(cè)得硬度為176HV，平均原始奧氏體晶粒度51.4 μ m。由式（24)，（6) 得到的計(jì)算值為178. 5HV，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果相差1. 4%，具有非常高的精度。
[0123] 又例如，對(duì)象鋼材為35CrMo鋼時(shí)，其在淬火（淬火溫度900°C )后為全馬氏體，淬 火平均冷卻速度取100°C /s，平均原始奧氏體晶粒度為18. 9 μ m，實(shí)際測(cè)得硬度為560HV，由 式（26)，（6)得到計(jì)算值為594. 3HV，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果相差6. 1 %，同樣具有非常高的精 度。
[0124] 根據(jù)如上具體的實(shí)施例的描述，本發(fā)明的預(yù)測(cè)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度的方 法包括：1-1.確立單相硬度計(jì)算公式的步驟，該單相硬度計(jì)算公式包括用于求得第一單相 的單相硬度!^的第一單相硬度計(jì)算公式和用于求得第二單相的單相硬度Hv M的第二單 相硬度計(jì)算公式，其中，所述第一單相是指單相的種類為鐵素體、珠光體、貝氏體中的任一 個(gè)的單相，所述第二單相是單相的種類為馬氏體的單相；1-2.通過用金相顯微鏡對(duì)所述對(duì) 象鋼材進(jìn)行觀察或者通過對(duì)所述對(duì)象鋼材進(jìn)行CCT曲線測(cè)試，來得到所述對(duì)象鋼材中的各 單相的種類及各單相的體積分?jǐn)?shù)的步驟；1-3.根據(jù)所述對(duì)象鋼材中的各單相的種類，利用 所述第一單相硬度計(jì)算公式和/或所述第二單相硬度計(jì)算公式，分別求出所述對(duì)象鋼材中 的各單相的單相硬度的步驟；1-4.根據(jù)所述體積分?jǐn)?shù)、所述對(duì)象鋼材中的各單相的單相硬 度，對(duì)所述整體硬度進(jìn)行預(yù)測(cè)的步驟。
[0125] 與沒有將對(duì)象鋼材熱處理后的各單相區(qū)分為第一單相和第二單相就計(jì)算單相硬 度，從而利用計(jì)算出的單相硬度來對(duì)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度進(jìn)行預(yù)測(cè)的方法相比， 本發(fā)明的預(yù)測(cè)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度的方法因?yàn)榭紤]到的第一單相和第二單相的 相變機(jī)制的不同，并根據(jù)各自的相變機(jī)制來建立相應(yīng)的單相硬度計(jì)算公式，從而可更準(zhǔn)確 地計(jì)算各單相的單相硬度，進(jìn)而提高對(duì)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度進(jìn)行預(yù)測(cè)的精度。
[0126] 又，本發(fā)明的預(yù)測(cè)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度的方法中，確立所述單相硬度計(jì) 算公式的步驟包括：2-1.設(shè)立系數(shù)待定的單相硬度計(jì)算公式：通過用碳含量Χ ε、原始奧氏 體晶粒度g、過冷度△ Τ表述所述單相硬度Ηνρ來假設(shè)系數(shù)待定的所述第一單相硬度計(jì)算 公式：
[0127]
[0128] 其中，i表示所述第一單相的種類，c、c。、d、d。、e、e。、f、f。為系數(shù)，通過用碳含量 Xc、原始奧氏體晶粒度g、冷卻速度VM來表述所述單相硬度Hv M，來假設(shè)系數(shù)待定的第二單相 硬度計(jì)算公式：
[0129] HvM= (cM0+cM · Xc) + (dM0+dM · Xc) · 1/2
[0130] +[(eM0+eM · Xc) + (fM0+fM · Xc) · 1/2] · logVM
[0131] 其中，M表示所述第二單相的種類，cM、cM。、d M、dM。、eM、eM。、fM、f M。為系數(shù)；2-2.確定 單相硬度計(jì)算公式的系數(shù)：通過對(duì)樣品鋼材進(jìn)行TTT曲線測(cè)試，使所述樣品鋼材的單相變 為第一單相的情況下，根據(jù)多組所得到的所述樣品鋼材的單相硬度1^的實(shí)際值、與這些單 相硬度1^的實(shí)際值一一對(duì)應(yīng)的過冷度△ Τ、原始奧氏體晶粒度g，以及所述樣品鋼材的碳 含量乂(；，確定所述(3、(3。、(1、(1。、6、6。、；^；^，在通過對(duì)樣品鋼材進(jìn)行0：1'曲線測(cè)試，使所述樣品 鋼材的單相變?yōu)樗龅诙蜗嗟那闆r下，根據(jù)多組所得到的所述樣品鋼材的單相硬度Hv m 的實(shí)際值、與這些單相硬度Hvm的實(shí)際值一一對(duì)應(yīng)的冷卻速度VM、原始奧氏體晶粒度g、以及 所述樣品鋼材的碳含量Xc，確定所述C M、cM。、dM、dM。、eM、e M。、fM、fM();2-3.將所述c、c。、d、d。、 e、e。、f、f。代入所述系數(shù)待定的第一單相硬度計(jì)算公式，從而確立第一單相硬度計(jì)算公式， 以及將所述cM、c M。、dM、dM。、eM、eM。、f M、fM。代入所述系數(shù)待定的第二單相硬度計(jì)算公式，從而 確立第二單相硬度計(jì)算公式。
[0132] 因?yàn)樵贑CT曲線測(cè)量過程中可以控制并得到馬氏體相變的冷卻速度，以及在TTT 曲線測(cè)量過程中可以設(shè)置等溫溫度來特定地得到鐵素體相變、珠光體相變或貝氏體相變的 過冷度，所以采用上述方式來獲取，并從而在這些冷卻速度及過冷度條件下測(cè)定并得到的 相應(yīng)的單相硬度，所以上述單相硬度的計(jì)算方法在操作中的可行性高。
[0133] 優(yōu)選地，本發(fā)明的預(yù)測(cè)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度的方法中，所述樣品鋼材與 對(duì)象鋼材為同一系列的鋼材。如果所述樣品鋼材與所述對(duì)象鋼材不為同一系列鋼材，雖然 也可建立單相硬度計(jì)算公式，但利用該單相硬度計(jì)算公式所求出的對(duì)象鋼材熱處理后的各 單相硬度卻很可能不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致對(duì)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度的預(yù)測(cè)的精度下降。
[0134] 此外，本發(fā)明的預(yù)測(cè)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度的裝置包括：?jiǎn)蜗嘤捕扔?jì)算公 式設(shè)置單元，其用于設(shè)置單相硬度計(jì)算公式，該單相硬度計(jì)算公式單元包括用于求得第一 單相的單相硬度!^的第一單相硬度計(jì)算公式和用于求得第二單相的單相硬度Hv M的第二 單相硬度計(jì)算公式，其中，所述第一單相是指單相的種類為鐵素體、珠光體、貝氏體中的任 一個(gè)的單相，所述第二單相是單相的種類為馬氏體的單相；體積分?jǐn)?shù)獲取單元，其通過用金 相顯微鏡對(duì)所述對(duì)象鋼材進(jìn)行觀察或者通過對(duì)所述對(duì)象鋼材進(jìn)行CCT曲線測(cè)試，來得到所 述對(duì)象鋼材中的各單相的種類及各單相的體積分?jǐn)?shù)；單相硬度計(jì)算單元，其根據(jù)所述對(duì)象 鋼材中的各單相的種類，利用所述單相硬度計(jì)算公式設(shè)置單元中所設(shè)置的所述第一單相硬 度計(jì)算公式和/或所述第二單相硬度計(jì)算公式，分別求出所述對(duì)象鋼材中的各單相的單相 硬度；整體硬度預(yù)測(cè)單元，其根據(jù)所述體積分?jǐn)?shù)、所述對(duì)象鋼材中的各單相的單相硬度，對(duì) 所述整體硬度進(jìn)行預(yù)測(cè)的步驟。
[0135] 雖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但該實(shí)施方式是作為例子而提出的，而并非 試圖限定發(fā)明的范圍。該實(shí)施方式能夠以其他各種方式來實(shí)施，在不脫離發(fā)明主旨的范圍 內(nèi)能夠進(jìn)行各種省略、置換和變更。該實(shí)施方式及其變形包含在發(fā)明的范圍或主旨內(nèi)，并且 同樣包含在權(quán)利要求所記載的發(fā)明及其等同的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種預(yù)測(cè)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度的方法，其特征在于，包括： 1-1.確立單相硬度計(jì)算公式的步驟，該單相硬度計(jì)算公式包括用于求得第一單相的單 相硬度HVi的第一單相硬度計(jì)算公式和用于求得第二單相的單相硬度Hv M的第二單相硬度 計(jì)算公式，其中，所述第一單相是指單相的種類為鐵素體、珠光體、貝氏體中的任一個(gè)的單 相，所述第二單相是單相的種類為馬氏體的單相； 1-2.通過用金相顯微鏡對(duì)所述對(duì)象鋼材進(jìn)行觀察或者通過對(duì)所述對(duì)象鋼材進(jìn)行CCT 曲線測(cè)試，來得到所述對(duì)象鋼材中的各單相的種類及各單相的體積分?jǐn)?shù)的步驟； 1-3.根據(jù)所述對(duì)象鋼材中的各單相的種類，利用所述第一單相硬度計(jì)算公式和/或所 述第二單相硬度計(jì)算公式，分別求出所述對(duì)象鋼材中的各單相的單相硬度的步驟； 1- 4.根據(jù)所述體積分?jǐn)?shù)、所述對(duì)象鋼材中的各單相的單相硬度，對(duì)所述整體硬度進(jìn)行 預(yù)測(cè)的步驟。2. 如權(quán)利要求1所述的預(yù)測(cè)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度的方法，其特征在于， 確立所述單相硬度計(jì)算公式的步驟包括： 2- 1.設(shè)立系數(shù)待定的單相硬度計(jì)算公式： 通過用碳含量X。、原始奧氏體晶粒度g、過冷度A T表述所述單相硬度HVi，來假設(shè)系數(shù) 待定的所述第一單相硬度計(jì)算公式：其中，i表示所述第一單相的種類，C、C。、t d。、e、e。、f、f。為系數(shù)， 通過用碳含量X。、原始奧氏體晶粒度g、冷卻速度Vm來表述所述單相硬度Hv M，來假設(shè)系 數(shù)待定的第二單相硬度計(jì)算公式： HVm= kM〇+CM-Xc) + (cL+dM-X。）-g 1/2 + [(eMO+ew ? Xc) + (fM〇+fM ? X。）? g 1/2] . IogVw 其中，M表示所述第二單相的種類，Cm、Cm。、dM、cL、6m、6m。、fM、fM。為系數(shù)； 2-2.確定單相硬度計(jì)算公式的系數(shù)： 通過對(duì)樣品鋼材進(jìn)行TTT曲線測(cè)試，使所述樣品鋼材的單相變?yōu)榈谝粏蜗嗟那闆r下， 根據(jù)多組所得到的所述樣品鋼材的單相硬度HVi的實(shí)際值、與運(yùn)些單相硬度Hv 1的實(shí)際值 一一對(duì)應(yīng)的過冷度at、原始奧氏體晶粒度g，W及所述樣品鋼材的碳含量X。，確定所述C、 c〇、d、（1〇、e、e〇、f、f〇， 在通過對(duì)樣品鋼材進(jìn)行CCT曲線測(cè)試，使所述樣品鋼材的單相變?yōu)樗龅诙蜗嗟那?況下，根據(jù)多組所得到的所述樣品鋼材的單相硬度HVm的實(shí)際值、與運(yùn)些單相硬度Hv M的實(shí) 際值一一對(duì)應(yīng)的冷卻速度Vm、原始奧氏體晶粒度g、W及所述樣品鋼材的碳含量而，確定所 述 Cm、Cm。、cIm、cIm。、Gm、6m。、fw、fwo; 2-3.將所述c、c。、d、d。、e、e。、f、f。代入所述系數(shù)待定的第一單相硬度計(jì)算公式，從而 確立第一單相硬度計(jì)算公式，W及 將所述Cm、Cm。、dM、cL、6m、6m。、fM、fM。代入所述系數(shù)待定的第二單相硬度計(jì)算公式，從而 確立第二單相硬度計(jì)算公式。3. 如權(quán)利要求2所述的預(yù)測(cè)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度的方法，其特征在于， 所述樣品鋼材與對(duì)象鋼材為同一系列的鋼材。4. 一種預(yù)測(cè)對(duì)象鋼材熱處理后的整體硬度的裝置，其特征在于，包括： 1-1.單相硬度計(jì)算公式設(shè)置單元，其用于設(shè)置單相硬度計(jì)算公式，該單相硬度計(jì)算公 式單元包括用于求得第一單相的單相硬度HVi的第一單相硬度計(jì)算公式和用于求得第二單 相的單相硬度HVi的第二單相硬度計(jì)算公式，其中，所述第一單相是指單相的種類為鐵素 體、珠光體、貝氏體中的任一個(gè)的單相，所述第二單相是單相的種類為馬氏體的單相； 1-2.體積分?jǐn)?shù)獲取單元，其通過用金相顯微鏡對(duì)所述對(duì)象鋼材進(jìn)行觀察或者通過對(duì)所 述對(duì)象鋼材進(jìn)行CCT曲線測(cè)試，來得到所述對(duì)象鋼材中的各單相的種類及各單相的體積分 數(shù)； 1-3.單相硬度計(jì)算單元，其根據(jù)所述對(duì)象鋼材中的各單相的種類，利用所述單相硬度 計(jì)算公式設(shè)置單元中所設(shè)置的所述第一單相硬度計(jì)算公式和/或所述第二單相硬度計(jì)算 公式，分別求出所述對(duì)象鋼材中的各單相的單相硬度； 1-4.整體硬度預(yù)測(cè)單元，其根據(jù)所述體積分?jǐn)?shù)、所述對(duì)象鋼材中的各單相的單相硬度， 對(duì)所述整體硬度進(jìn)行預(yù)測(cè)的步驟。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK106033493SQ201510109222
【公開日】2016年10月19日
【申請(qǐng)日】2015年3月12日
【發(fā)明人】顧劍鋒, 徐駿, 廖建雄, 樸勝煥
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué), 株式會(huì)社日立制作所