本发明属于金属及合金制备，具体涉及一种基于奥氏体逆相变动力学预测中锰钢强塑性的方法。
背景技术：
1、中锰钢作为第三代高强钢的代表之一，由于奥氏体的更加稳定，其力学性能得到了改善，在航空和汽车领域应用广泛。这种稳定是通过增加奥氏体晶粒内的锰含量和优化奥氏体逆相变（art）的动力学过程来实现的。然而，在制备良好性能中锰钢的过程中，由于奥氏体逆相变的工艺参数，如等温温度、保温时间等不同，将导致组织形态和元素分布不同，从而影响材料性能。多数实验采用试错法，大大降低了生产效率，提高了成本。此外，多数对奥氏体逆相变的动力学描述模型缺少实验验证，从而制约了模型的应用和推广。
2、通常情况下，随等温温度和保温时间的增加，能够增加奥氏体含量，却减少了硬相马氏体，同时还会影响奥氏体的稳定性，这也与成分有关。为了控制组织形态和元素配分，半解析混合模式模型、元胞自动模拟机模型等相变模型研究广泛，通过松弛经典扩散模型存在的单一的扩散控制或元素近平衡等假设，对奥氏体逆相变的转变动力学进行了阐述。然而由于扩散控制相变模型缺乏对相变能量变化的描述，即热力学驱动力和动力学能垒，没有将工艺-相变-性能系统考虑，无法实现对等温温度和保温时间的最佳配合的定量设计。
技术实现思路
1、针对上述背景技术中存在的不足，本发明提供一种基于奥氏体逆相变动力学预测中锰钢强塑性的方法，本发明基于热力学极值原理，预测了相变动力学过程，耦合中锰钢奥氏体逆相变热处理工艺参数，提出了一种大驱动力-大广义稳定性的热-动力学判据，以实现最佳工艺参数配合的定量设计得到良好强度和塑性的组织，有助于art工艺的推广。
2、本发明第一个目的是提供一种基于奥氏体逆相变动力学预测中锰钢强塑性的方法，包括：
3、分别建立块体相和界面处的吉布斯自由能变化率和能量耗散方程；
4、建立界面迁移动力学模型：
5、将界面处吉布斯自由能变化率和能量耗散方程代入界面处热力学极值原理表达式，获得界面迁移速度和界面处各元素浓度；根据界面迁移速度预测产生相奥氏体的含量；
6、将块体相内的吉布斯自由能变化率和能量耗散方程代入块体内热力学极值原理表达式，获得扩散第二定理表达式；
7、根据界面处各元素浓度代入扩散第二定理表达式，获得块体相元素浓度分布情况，即瞬态溶质场；
8、建立适用于奥氏体逆相变的广义稳定性：
9、定义界面迁移驱动力表达式，并根据界面处各元素浓度获得界面迁移驱动力；根据界面迁移速度表达式获得能垒表达式；
10、建立广义稳定性解析式，根据驱动力和能垒获得广义稳定性；
11、根据驱动力和广义稳定性，基于大驱动力-大广义稳定性判据，设计工艺参数组合。
12、优选的，块体相和界面处的吉布斯自由能变化率分别为：
13、
14、式中，表示奥氏体相的左侧位置；表示奥氏体与铁素体相间的界面位置；表示铁素体相的右侧位置；
15、表示块体相的吉布斯自由能变化率；
16、和分别表示相和相铁溶质的化学势，上角标“”表示铁；
17、和分别表示相和相溶质的化学势，上角标“”表示取代溶质，“表示间隙溶质；
18、和分别表示相和相溶质的通量；
19、
20、式中，表示界面处的吉布斯自由能变化率；
21、和分别表示相和相铁溶质界面处的化学势，上角标“”表示铁；
22、和分别表示相和相溶质界面处的化学势，
23、和分别表示相和相溶质界面处的通量；
24、为摩尔体积；表示界面迁移速度；表示溶质种类总数；
25、代表界面处变量。
26、优选的，块体相和界面处的吉布斯自由能耗散分别为：
27、
28、
29、式中，和分别表示块体相和界面处的吉布斯自由能耗散；
30、和分别是原子在块体内的扩散率和在界面内的扩散率，其中，；
31、，其中m为界面迁移率。
32、优选的，界面处热力学极值原理表达式为：
33、
34、式中，为拉格朗日乘子；表示变分符号；
35、根据界面迁移速度预测产生相奥氏体的含量
36、
37、式中，表示奥氏体形成分数；表示界面距离奥氏体左侧的长度；s表示奥氏体和铁素体总区间长度。
38、优选的，块体内热力学极值原理表达式为：
39、
40、式中，表示变分符号；表示块体相吉布斯自由能变化率；
41、表示块体相的吉布斯自由能耗散。
42、优选的，界面迁移驱动力表达式为：
43、
44、其中
45、
46、
47、式中，，分别为初始的界面处铁素体侧或奥氏体侧浓度和对应的平衡浓度；表示t时刻时界面处i溶质的位置分数；表示相变引起的应变能；为与温度和成分相关的参数。
48、优选的，能垒表达式为：
49、
50、其中
51、
52、
53、式中，表示气体常数，8.314j/mol/k；表示相变温度；表示声音在金属中传播的速度，1000m/s；表示界面迁移速度；表示块体扩散激活能和界面迁移激活能的差值。
54、优选的，广义稳定性为：
55、
56、式中，表示瞬态界面迁移激活能；表示初始界面迁移激活能；表示瞬态界面迁移驱动力；表示初始界面迁移驱动力。
57、优选的，所述设计工艺参数组合中，最佳工艺参数组合为等温温度660℃，保温时间30min。
58、本发明第二个目的是提供一种上述的方法在提升中锰钢强塑性中的应用。
59、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
60、本发明提供了一种基于奥氏体逆相变动力学预测中锰钢强塑性的方法，本发明通过基于热力学极值原理建立奥氏体逆相变模型，与传统扩散相变模型相比，将元素扩散、界面迁移和扩散与界面之间的相互作用等同时考虑在内，可以对相变动力学过程进行良好预测。
61、本发明遵循大驱动力-大广义稳定性判据，提出一种新策略同时通过材料强度和塑性：相变初态的大驱动力对应低等温温度提高材料强度，相变末态的大广义稳定性对应于长时间保温提高材料塑性。
62、本发明提出的工艺设计策略，可以对两种参数：等温温度和保温时间，同时控制的工艺进行优化，寻找两个工艺参数之间的最优配合，优化实际生产效率。
1.一种基于奥氏体逆相变动力学预测中锰钢强塑性的方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于奥氏体逆相变动力学预测中锰钢强塑性的方法，其特征在于，块体相和界面处的吉布斯自由能变化率分别为：
3.根据权利要求2所述的基于奥氏体逆相变动力学预测中锰钢强塑性的方法，其特征在于，块体相和界面处的吉布斯自由能耗散分别为：
4.根据权利要求1所述的基于奥氏体逆相变动力学预测中锰钢强塑性的方法，其特征在于，界面处热力学极值原理表达式为：
5.根据权利要求1所述的基于奥氏体逆相变动力学预测中锰钢强塑性的方法，其特征在于，块体内热力学极值原理表达式为：
6.根据权利要求1所述的基于奥氏体逆相变动力学预测中锰钢强塑性的方法，其特征在于，界面迁移驱动力表达式为：
7.根据权利要求1所述的基于奥氏体逆相变动力学预测中锰钢强塑性的方法，其特征在于，能垒表达式为：
8.根据权利要求1所述的基于奥氏体逆相变动力学预测中锰钢强塑性的方法，其特征在于，广义稳定性为：
9.根据权利要求1所述的基于奥氏体逆相变动力学预测中锰钢强塑性的方法，其特征在于，所述设计工艺参数组合中，最佳工艺参数组合为等温温度660℃，保温时间30min。
10.一种权利要求1~9任一项所述的方法在提升中锰钢强塑性中的应用。
