双相钢力学性能的预测方法与流程

本发明涉及材料力学性能预测，具体涉及一种双相钢力学性能的预测方法。

背景技术：

1、先进高强钢(ahss)是具有复相组织的材料，通过控扎控冷工艺可以达到应用所要求的微观组织和力学性能，并采用各种强化机制来实现不同的强度、韧塑性和疲劳性能等。双相钢是先进高强钢的典型代表，其微观组织是以较软的铁素体相为基体，加上一定比例分布的马氏体硬质相，从而使材料具有良好的强韧性匹配。双相钢的微观组织较为复杂，材料的力学性能与其微观组织形貌密切相关，有必要研究具有不同组织占比的双相钢的力学性能。

2、目前，基于代表体积单元的有限元模拟是预测材料性能的有效方法。代表体积单元是一种基于两相或多相组织建立的一种用于统计分析的有限元模型，虽然单元的面积或体积有限，但单元内却包含了足够多微观组织信息，可以在统计学意义上代表材料微观组织结构的基本特征。

3、然而，现有技术中通常基于二维代表体积单元来进行钢材性能的预测，这导致预测的精度有限。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种双相钢力学性能的预测方法，以解决现有技术中基于二维代表体积单元来预测性能时预测精度有限的问题。

2、根据本发明的一个方面，提出一种双相钢力学性能的预测方法，包括：

3、基于双相钢中各相的含量，建立所述双相钢的三维代表体积单元；

4、基于位错强化理论，建立所述三维代表体积单元中两种单相各自的应力应变关系；

5、基于所述三维代表体积单元和所述应力应变关系，建立有限元模型，并开展力学模拟试验，以获得所述双相钢的宏观力学性能；其中在所述有限元模型中，两种单相各自的所述应力应变关系分别被赋予到两种单相各自对应的区域。

6、根据本发明的一个实施例，还包括：将双相钢样品的横截面进行研磨抛光后，用侵蚀剂进行腐蚀，之后通过金相显微镜观察并统计获得双相钢中各相的含量。

7、根据本发明的一个实施例，所述双相钢中的相包括马氏体和铁素体，所述基于位错强化理论，建立所述三维代表体积单元中两种单相各自的应力应变关系，包括：

8、按照以下公式限定所述应力应变关系：

9、

10、其中，σ为等效塑性应力；

11、σ0为材料内部摩擦应力，取决于化学成分，计算公式如下：

12、σ0＝77+80(％mn)+750(％p)+60(％si)+80(％cu)+45(％ni)

13、+60(％cr)+11(％mo)+5000(％n)

14、δσ为碳原子固溶强化应力，其中：

15、对于马氏体，碳原子固溶强化应力δσm＝3065(％cm)-161

16、对于铁素体，碳原子固溶强化应力δσf＝5000(％cf)

17、其中，cm和cf分别是马氏体和铁素体中的碳含量；

18、表示塑性变形时位错增值所导致的硬化，

19、其中，α为材料常数；m为泰勒因子；u为剪切模量；b为位错的伯氏矢量；l为位错平均自由程，计算时分别代入马氏体位错平均自由程lm和铁素体位错平均自由程lf；k为位错回复速率，计算时分别代入马氏体位错回复速率km和铁素体位错回复速率kf；ε为等效塑性应变。

20、根据本发明的一个实施例，所述基于所述三维代表体积单元和所述应力应变关系，建立有限元模型，包括：

21、通过多点约束方程设置均匀化边界条件；

22、选择所述三维代表体积单元的一个顶点作为初始位移作用点，设置初始位移，并将网格单元类型设置为线性六面体单元。

23、根据本发明的一个实施例，所述开展力学模拟试验，以获得所述双相钢的宏观力学性能，包括：

24、基于所述力学模拟试验，获得塑性变形时的微观应力和微观应变；

25、基于所述微观应力和所述微观应变以及均一化方法，确定所述双相钢的宏观应力和宏观应变。

26、根据本发明的一个实施例，所述双相钢包括相含量不同的多个样品，所述方法还包括：

27、基于多个所述样品的相含量和宏观力学性能，分析双相钢的宏观力学性能与相含量之间的关系。

28、根据本发明的一个实施例，还包括：将初始样品以5℃/s的升温速率加热到不同的退火温度保温60s，然后以230℃/s的冷却速率冷却，以获得相含量不同的多个所述样品。

29、根据本发明的一个实施例，所述双相钢按质量百分比计包含：0.08％的c、1.35％的mn、0.23％的si、0.47％的cr、0.03％的al、0.013％的p、0.002％的s。

30、根据本发明的一个实施例，所述三维代表体积单元为立方体形状并且边长为25μm。

31、根据本发明的一个实施例，所述基于双相钢中各相的含量，建立所述双相钢的三维代表体积单元，包括：

32、设置立方体作为代表体积单元区域，在所述立方体三个方向的边长上等距离分布多个种子点；

33、以种子点为顶点，生成多个立方单元，每个所述立方单元代表相的一个体素；

34、将多个所述立方单元随机分为两类，各类立方单元代表各相，并使得各类立方单元的含量与双相钢中各相的含量对应；

35、将各类立方单元的位置信息分别建立一个集合，写入到可读文件中；

36、所述基于所述三维代表体积单元建立有限元模型，包括：将所述可读文件导入到有限元软件中。

37、在根据本发明的实施例的双相钢力学性能的预测方法中，通过建立三维代表体积单元，可以更为精准地模拟实际材料的微观组织信息以及更为有效地描述材料变形时的局部应力应变分布，从而提高力学性能的预测精度。

技术特征：

1.一种双相钢力学性能的预测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：将双相钢样品的横截面进行研磨抛光后，用侵蚀剂进行腐蚀，之后通过金相显微镜观察并统计获得双相钢中各相的含量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双相钢中的相包括马氏体和铁素体，所述基于位错强化理论，建立所述三维代表体积单元中两种单相各自的应力应变关系，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述三维代表体积单元和所述应力应变关系，建立有限元模型，包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述开展力学模拟试验，以获得所述双相钢的宏观力学性能，包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双相钢包括相含量不同的多个样品，所述方法还包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：将初始样品以5℃/s的升温速率加热到不同的退火温度保温60s，然后以230℃/s的冷却速率冷却，以获得相含量不同的多个所述样品。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双相钢按质量百分比计包含：0.08％的c、1.35％的mn、0.23％的si、0.47％的cr、0.03％的al、0.013％的p、0.002％的s。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三维代表体积单元为立方体形状并且边长为25μm。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于双相钢中各相的含量，建立所述双相钢的三维代表体积单元，包括：

技术总结
本发明公开了一种双相钢力学性能的预测方法，包括：基于双相钢中各相的含量，建立所述双相钢的三维代表体积单元；基于位错强化理论，建立所述三维代表体积单元中两种单相各自的应力应变关系；基于所述三维代表体积单元和所述应力应变关系，建立有限元模型，并开展力学模拟试验，以获得所述双相钢的宏观力学性能；其中在所述有限元模型中，两种单相各自的所述应力应变关系分别被赋予到两种单相各自对应的区域。通过本发明的技术方案，能够提高力学性能的预测精度。

技术研发人员：盛振东
受保护的技术使用者：成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13