基于Jmatpro材料性能計算的奧貝球鐵合金成分的優(yōu)化設計方法
【專利摘要】一種基于Jmatpro材料性能計算的奧貝球鐵合金成分的優(yōu)化設計方法，包括以下步驟：（1）先選各元素變化的范圍，確定各個組分；（2）打開Jmatpro軟件，調用CastIron模塊和相應數(shù)據(jù)庫；（3）選定一個組分的成分輸入軟件，選擇需要計算的材料性能進行計算；（4）計算結束輸出曲線圖和數(shù)據(jù)文件；（5）依次重復步驟（3）、（4），得到其余組分的計算結果；（6）分別對不同成分下的每一項材料性能進行對比分析，得出最優(yōu)的成分配比。本項發(fā)明的合金成分優(yōu)化方法簡便易行，有較強的理論支撐，不需要大量的試鑄和性能檢測，大大節(jié)省了時間，提高了效率，降低了成本。
【專利說明】基于Jmatpro材料性能計算的奧貝球鐵合金成分的優(yōu)化設計方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料領域，具體涉及用于列車車輪的新型奧貝球鐵，對其合金成分的優(yōu)化設計。

【背景技術】
[0002]等溫淬火球墨鑄鐵(Austempered Ductile Iron,簡稱ADI),國內廣泛的稱為奧貝球鐵。其熱處理方式非常類似鋼的等溫淬火處理，獲得的微觀組織由奧氏體和非常類似鋼中的貝氏體組成。由于奧貝球鐵具有良好的綜合力學性能、較低的生產(chǎn)成本、質量輕、良好的耐磨性和耐疲勞性能、優(yōu)良的減振和吸音性能，奧貝球鐵在我國和歐美等發(fā)達國家得到廣泛關注和重視，產(chǎn)量以每年超過15%的速度增長，在鐵路設備、汽車、農(nóng)業(yè)機械、建筑機械以及礦廠機械等行業(yè)應用廣泛。
[0003]成分是決定組織的重要因素之一，成分通過組織間接對材料性能產(chǎn)生影響。毛坯鑄件的質量和等溫淬火工藝是決定奧貝球鐵組織與性能的兩個關鍵性因素，依據(jù)合金成分對球墨鑄鐵鑄件質量和球墨鑄鐵的等溫淬火工藝性的影響來奧貝球鐵成分進行設計。常規(guī)的成分優(yōu)化方法是根據(jù)工件的工況條件對材料性能的要求以及材料的加工工藝性能，配制大量不同組分的合金配方，然后進行熔煉試鑄，對每個組分的工件的性能測試對比，選出最優(yōu)的合金配方。但是這種常規(guī)方法耗時長、成本高、效率低。
[0004]因此，需要一種新的奧貝球鐵合金成分的優(yōu)化設計方法。


【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于Jmatpro材料性能計算的奧貝球鐵合金成分的優(yōu)化設計方法，本項發(fā)明的合金成分優(yōu)化方法簡便易行，有較強的理論支撐，不需要大量的試鑄和性能檢測，大大節(jié)省了時間提高了效率，降低了成本。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的，一種基于Jmatpro材料性能計算的奧貝球鐵合金成分的優(yōu)化設計方法，包括以下步驟:
(1)對基礎成分C、S1、Mn、P、S的優(yōu)化設計，先選各元素變化的范圍，確定各個組分；
(2)打開Jmatpro軟件,調用CastIron模塊和相應數(shù)據(jù)庫；
(3 )選定一個組分的基礎成分輸入軟件，選擇需要計算的材料性能選項StepTemperature,設置計算溫度區(qū)間1400°C?20°C,計算步長10°C,計算出溫度-相組成圖；
(4)選擇計算材料性能選項Phasesand Properties,計算凝固過程中相組成及熱物性質，在這里選用合金元素在各相中的變化，可以看出元素的偏析情況；
(5)計算結束輸出曲線圖和數(shù)據(jù)文件；
(6)依次重復步驟(3)、(4)、(5)，得到其余組分的計算結果；
(7)對比各組計算結果，分析基礎成分對相變溫度、析出相、元素偏析的影響，選出最優(yōu)的基礎成分； (8)對合金成分N1、Mo、Cu的設計主要考慮對提高淬透性的影響，先選各元素變化的范圍，確定各個組分；
(9)在軟件中輸入合金成分,選擇計算材料性能選項TTT/CCTDiagrams,設定奧氏體化溫度900°C，設定晶粒尺寸7.2ASTM ；
(10)重復步驟(9)，將其余組分的合金成分進行計算，基礎成分保持不變；
(11)計算結束輸出曲線圖和數(shù)據(jù)文件，將每組數(shù)據(jù)輸入Origin，繪制出一個所有組分的C曲線圖，方便對比。
[0007]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
第一，本發(fā)明所采用的Jmatpro軟件，是一款金屬材料相圖計算和材料性能模擬軟件，它以強大穩(wěn)定的熱力學和動力學計算為基礎所有物理模型的建立都經(jīng)過了廣泛的驗證，以確保材料性能計算的準確性，計算中所使用的一些系數(shù)也都是由經(jīng)過實驗驗證的數(shù)據(jù)庫給出?？梢员容^準確地計算出不同成分的奧貝球鐵的平衡相含量和TTT曲線，從而可以大量節(jié)省項目時間與實驗費用。
[0008]第二，本發(fā)明利用功能強大可靠的材料性能計算軟件Jmatpro,對不同成分的材料性能計算，根據(jù)計算結果對比分析，優(yōu)化合金成分。本項發(fā)明的合金成分優(yōu)化方法簡便易行，有較強的理論支撐，不需要大量的試鑄和性能檢測，大大節(jié)省了時間提高了效率，降低了成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是固定成分的溫度一相組成圖；
圖2是元素Mn在液相和奧氏體相中的分布圖；
圖3是不同Mo含量的珠光體轉變TTT曲線圖；
圖4是碳氮化合物隨Mo含量變化曲線圖。

【具體實施方式】
[0010]—種基于Jmatpro材料性能計算的奧貝球鐵合金成分的優(yōu)化設計方法,其特征是，所述優(yōu)化設計方法包括以下步驟:
(1)對基礎成分C、S1、Mn、P、S的優(yōu)化設計，先選各元素變化的范圍，確定各個組分；
(2)打開Jmatpro軟件,調用CastIron模塊和相應數(shù)據(jù)庫；
(3 )選定一個組分的基礎成分輸入軟件，選擇需要計算的材料性能選項StepTemperature,設置計算溫度區(qū)間1400°C?20°C,計算步長10°C,計算出溫度-相組成圖，見圖1 ;
(4)選擇計算材料性能選項Phasesand Properties,計算凝固過程中相組成及熱物性質，在這里選用合金元素在各相中的變化，可以看出元素的偏析情況，見圖2、3 ；
(5)計算結束輸出曲線圖和數(shù)據(jù)文件；
(6)依次重復步驟(3)、(4)、(5)，得到其余組分的計算結果；
(7)對比各組計算結果，分析基礎成分對相變溫度、析出相、元素偏析的影響，選出最優(yōu)的基礎成分；
(8)對合金成分N1、Mo、Cu的設計主要考慮對提高淬透性的影響，先選各元素變化的范圍，確定各個組分；
(9)在軟件中輸入合金成分,選擇計算材料性能選項TTT/CCTDiagrams,設定奧氏體化溫度900°C，設定晶粒尺寸7.2ASTM ；
(10)重復步驟(9)，將其余組分的合金成分進行計算，基礎成分保持不變；
(11)計算結束輸出曲線圖和數(shù)據(jù)文件，將每組數(shù)據(jù)輸入Origin，繪制出一個所有組分的C曲線圖，方便對比，見圖4。
[0011]本發(fā)明所采用的JmatpiX)軟件，是一款金屬材料相圖計算和材料性能模擬軟件，它以強大穩(wěn)定的熱力學和動力學計算為基礎所有物理模型的建立都經(jīng)過了廣泛的驗證，以確保材料性能計算的準確性，計算中所使用的一些系數(shù)也都是由經(jīng)過實驗驗證的數(shù)據(jù)庫給出?？梢员容^準確地計算出不同成分的奧貝球鐵的平衡相含量和TTT曲線，從而可以大量節(jié)省項目時間與實驗費用。
[0012]本發(fā)明的特點在于利用功能強大可靠的材料性能計算軟件Jmatprο,對不同成分的材料性能計算，根據(jù)計算結果對比分析，優(yōu)化合金成分。本項發(fā)明的合金成分優(yōu)化方法簡便易行，有較強的理論支撐，不需要大量的試鑄和性能檢測，大大節(jié)省了時間提高了效率，降低了成本。
【權利要求】
1.一種基于Jmatpro材料性能計算的奧貝球鐵合金成分的優(yōu)化設計方法,其特征是，所述優(yōu)化設計方法包括以下步驟: (1)對基礎成分C、S1、Mn、P、S的優(yōu)化設計，先選各元素變化的范圍，確定各個組分； (2)打開Jmatpro軟件,調用CastIron模塊和相應數(shù)據(jù)庫； (3 )選定一個組分的基礎成分輸入軟件，選擇需要計算的材料性能選項StepTemperature,設置計算溫度區(qū)間1400°C?20°C,計算步長10°C,計算出溫度-相組成圖； (4)選擇計算材料性能選項Phasesand Properties,計算凝固過程中相組成及熱物性質，在這里選用合金元素在各相中的變化，可以看出元素的偏析情況； (5)計算結束輸出曲線圖和數(shù)據(jù)文件； (6)依次重復步驟(3)、(4)、(5)，得到其余組分的計算結果； (7)對比各組計算結果，分析基礎成分對相變溫度、析出相、元素偏析的影響，選出最優(yōu)的基礎成分； (8)對合金成分N1、Mo、Cu的設計主要考慮對提高淬透性的影響，先選各元素變化的范圍，確定各個組分； (9)在軟件中輸入合金成分,選擇計算材料性能選項TTT/CCTDiagrams,設定奧氏體化溫度900°C，設定晶粒尺寸7.2ASTM ； (10)重復步驟(9)，將其余組分的合金成分進行計算，基礎成分保持不變； (11)計算結束輸出曲線圖和數(shù)據(jù)文件，將每組數(shù)據(jù)輸入Origin，繪制出一個所有組分的C曲線圖，方便對比。
【文檔編號】G06F17/50GK104331549SQ201410581283
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權日:2014年10月27日
【發(fā)明者】陳榮發(fā), 李志龍, 趙毅紅, 陸華峰, 趙杰, 鄭志偉, 呂宵宵, 黃博文 申請人:揚州大學