Kinetics and microstructural modeling of isothermal austenite-to-ferrite transformation in Fe-C-Mn-Si steels
Kinetics and microstructural modeling of isothermal austenite-to-ferrite transformation in Fe-C-Mn-Si steels
复制标题
Fe-C-Mn-Si 钢等温奥氏体到铁素体转变的动力学和微观结构建模
DOI：
10.1016/j.jmst.2019.04.010
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发表时间：
2019-06
影响因子：
10.9
通讯作者：
Liu F
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Song S J;Che W K;Zhang J B;Huang L K;Duan S Y;Liu F
在高级高强度钢的多阶段加工过程中，奥氏体到铁素体的转变通常是其他非平衡或亚稳组织形成的前兆，对随后的相变有严重影响。在此基础上，结合经典成核理论、基于Gibbs能量平衡的通用混合模式生长模型、微观组织路径法和晶界成核动力学框架，建立了Fe-C-Mn-Si钢关键奥氏体向铁素体转变的更灵活的动力学和微观组织预测模型。采用一个有界的扩展矩阵空间，对应于单个铁素体晶粒，软冲击和硬冲击都可以自然地包含在当前的建模中。因此，该模型输出铁素体体积分数、单位体积奥氏体/铁素体界面面积以及铁素体的平均晶粒尺寸，这些将作为建模后续贝氏体或马氏体转变的输入参数。应用该模型，成功地预测了Fe-0.17C-0.91Mn-1.03Si （wt%）钢在不同温度下的等温奥氏体向铁素体转变的实验测量结果，并解释了铁素体最终态平均晶粒尺寸在中等退火温度下最大的原因。从动力学和热力学的角度讨论了该模型的有效性和优越性。
During the multi-stage processing of advanced high-strength steels, the austenite-to-ferrite transformation, generally as a precursor of the formation of other non-equilibrium or metastable structures, has a severe effect on the subsequent phase transformations. Herein, a more flexible kinetic and microstructural predictive modeling for the key austenite-to-ferrite transformation of Fe-C-Mn-Si steels was developed, in combination with the classical nucleation theory, the general mixed-mode growth model based on Gibbs energy balance, the microstructural path method and the kinetic framework for grain boundary nucleation. Adopting a bounded, extended matrix space corresponding to a single ferrite grain, both soft-impingement and hard-impingement can be naturally included in the current modeling. Accordingly, this model outputs the ferrite volume fraction, the austenite/ferrite interface area per unit volume, and the average grain size of ferrite, which will serve as the input parameters for modeling the subsequent bainite or martensite transformations. Applying the model, this work successfully predicts the experiment measurement of the isothermal austenite-to-ferrite transformation in Fe-0.17C-0.91Mn-1.03Si (wt%) steel at different temperatures and explains why the final-state average grain size of ferrite has a maximum at the moderate annealing temperature. Effectiveness and advantages of the present model are discussed arising from kinetics and thermodynamics accompanied with nucleation, growth and impingement.
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R. Vandermeer;R. Masumura
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