JPH0610039A - Method for predicting structure distribution and hardness distribution in austempering treatment - Google Patents

Method for predicting structure distribution and hardness distribution in austempering treatment

Info

Publication number
JPH0610039A
JPH0610039A JP30916691A JP30916691A JPH0610039A JP H0610039 A JPH0610039 A JP H0610039A JP 30916691 A JP30916691 A JP 30916691A JP 30916691 A JP30916691 A JP 30916691A JP H0610039 A JPH0610039 A JP H0610039A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transformation
distribution
temperature
hardness
austempering
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP30916691A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3171207B2 (en
Inventor
Etsutaka Nagasaka
悦敬 長坂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd filed Critical Komatsu Ltd
Priority to JP30916691A priority Critical patent/JP3171207B2/en
Publication of JPH0610039A publication Critical patent/JPH0610039A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3171207B2 publication Critical patent/JP3171207B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
  • Investigating And Analyzing Materials By Characteristic Methods (AREA)

Abstract

PURPOSE:To predict structure distribution and hardness distribution in a material to be treated in a short time by collating the temp. hysteresis in each part of the material to be treated, determined by means of heat transfer analysis, with a CCT curve to predict the duration of transformation in each part of the material to be treated and computing the amount of isothermal transformation occurring in each part of the material to be treated. CONSTITUTION:In the austempering treatment for steel or cast iron, the temp. hysteresis in each part of the material to be treated is determined by means of heat transfer analysis by using a numeric value computing method and this temp. hysteresis is collated with the CCT curve, by which the duration of transformation in each part of the material to be treated is predicted. As to this duration, the amount of isothermal transformation occurring in each part of the material to be treated is computed in the form of the sum total of each trace amount of isothermal transformation DELTAf1, occurring at transformation temp., Tt1, for each trace duration, DELTAtsec and obtained on the basis of a TTT curve and the structure in each part of the material to be treated is obtained on the basis of the resulting value, by which the structure distribution after treatment is predicted. Further, the average transformation temp., TA, for each duration, DELTAtsec, is computed and the hardness in each part of the material to be treated is obtained on the bases of the resulting value, by which hardness distribution after treatment can be predicted.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、オーステンパ処理後の
鋼または鋳鉄の組織分布および硬度分布を予測する方法
に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for predicting the structure distribution and hardness distribution of steel or cast iron after austempering.

【0002】[0002]

【従来の技術】図8に示されているように、オーステン
パ処理は鋼や鋳鉄の硬度および靭性を改善するとともに
焼入れ歪みの発生を阻止するために、処理品をA1 変態
温度以上のオーステナイト領域に加熱した後、流動層や
塩浴内でパーライト変態を起こさせない冷却速度でMS
点よりも高い温度領域(200 〜400 ℃) まで冷却し、こ
の温度領域内で恒温にてベイナイト変態させるものであ
る。
As shown in the Related Art FIG. 8, for austempering treatment to prevent the occurrence of quenching distortion while improving the hardness and toughness of the steel and cast iron, treated product of the A 1 transformation temperature or higher austenite region after heating to, M S at a cooling rate which does not cause pearlite transformation in a fluidized bed or a salt in the bath
Cooling is performed to a temperature range higher than the point (200 to 400 ° C), and bainite transformation is performed at a constant temperature within this temperature range.

【0003】例えば図9に示されるように、炭素鋼(非
合金)はその冷却過程において、変態の開始および終了
する温度と時間との関係を表わすCCT曲線A−1で示
される領域内でパーライト変態を起こし、CCT曲線A
−2で示される領域内でベイナイト変態を起こす。この
ようなCCT曲線を有する炭素鋼を冷却曲線C−1に沿
って冷却すると、温度T1 でベイナイト変態を開始し、
この温度T1 を保ってベイナイト変態を進行させれば炭
素鋼中にベイナイト組織を形成させてオーステンパ処理
を行うことができる。
For example, as shown in FIG. 9, carbon steel (non-alloy) is pearlite within a region represented by a CCT curve A-1 representing the relationship between the temperature and time at which transformation starts and ends during the cooling process. Causes transformation and CCT curve A
Bainite transformation occurs in the region indicated by -2. When carbon steel having such a CCT curve is cooled along the cooling curve C- 1 , bainite transformation starts at a temperature T 1 ,
If this temperature T 1 is maintained and the bainite transformation proceeds, a bainite structure can be formed in the carbon steel and austempering can be performed.

【0004】ところが、同じ炭素鋼からなる処理品を同
じ炉温でオーステンパ処理しても、処理品の表面からの
距離が大きい部位においては熱伝導速度の差よって冷却
曲線C−2で示されるように冷却の進行が遅くなる。こ
のような冷却であれば、温度T2 にてパーライト変態が
開始し、さらに冷却が進行してパーライト変態が終了し
てベイナイト変態を起こしても鋼中にパーライト組織が
形成されてオーステンパ処理が円滑に行われない。
However, even if a treated product made of the same carbon steel is austempered at the same furnace temperature, a cooling curve C-2 is obtained due to a difference in heat conduction rate at a portion having a large distance from the surface of the treated product. The cooling progresses slowly. With such cooling, the pearlite transformation starts at the temperature T 2 , and even if the cooling progresses and the pearlite transformation ends and the bainite transformation occurs, the pearlite structure is formed in the steel and the austempering process is smooth. Not done to.

【0005】また、ほぼ冷却曲線C−1にしたがって冷
却が進行してパーライト組織を形成せずオーステンパ処
理が行われたとしても、処理炉の設定温度と処理品温度
との差や処理品の肉厚部と肉薄部との熱伝導速度の差よ
って各部位におけるベイナイト変態の開始温度が異なる
ため、形成されたベイナイト組織の硬度も異なる。例え
ば、処理炉の設定温度T1 に対して、ベイナイト変態域
に入るまでに処理品温度が温度T1 に達していれば温度
1 でのベイナイト基地が得られるが、一般には温度T
1 よりやや高い温度でベイナイト変態が開始し、処理品
は目標の硬度よりも低くなってしまう。したがって、こ
のような組織および硬度のばらつきは炉温の設定温度と
処理品温度との差によっても、また処理品各部位の厚さ
の差によっても生じる。
Further, even if the cooling proceeds substantially according to the cooling curve C-1 and the austempering is performed without forming the pearlite structure, the difference between the set temperature of the processing furnace and the temperature of the processed product and the meat of the processed product. Since the start temperature of the bainite transformation in each part differs due to the difference in the heat conduction rate between the thick part and the thin part, the hardness of the formed bainite structure also differs. For example, with respect to the set temperature T 1 of the processing furnace, if the temperature of the processed product reaches the temperature T 1 before entering the bainite transformation region, a bainite base at the temperature T 1 can be obtained.
Bainite transformation starts at a temperature slightly higher than 1, and the hardness of the treated product becomes lower than the target hardness. Therefore, such variations in structure and hardness are caused by the difference between the set temperature of the furnace temperature and the temperature of the processed product, and also by the difference in the thickness of each part of the processed product.

【0006】従来は、このようなオーステンパ処理品の
組織分布および硬度分布を予測するために、種種の径の
丸棒をオーステンパ処理し、各丸棒の冷却曲線を実測す
ることより各径に相当する実処理品各部位のオーステン
パ処理後の組織および硬度を推定する方法を採ってい
る。また、実処理品のオーステンパ処理後の組織および
硬度に関する実験データを蓄積し、処理品の組織分布お
よび硬度分布を推定することも行われている。
Conventionally, in order to predict the structure distribution and hardness distribution of such an austempered product, round bars having various diameters are austempered and the cooling curve of each round bar is measured to obtain the corresponding diameter. A method of estimating the structure and hardness of each part of the actual processed product after austempering is adopted. Further, it is also performed to accumulate experimental data on the structure and hardness of an actual processed product after austempering, and estimate the structure distribution and hardness distribution of the processed product.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述さ
れたようなCCT曲線は処理品の材質によっても異な
り、例えばNi、Co等が添加された合金鋼のCCT曲
線は、図9においてB−1(パーライト変態)およびB
−2(ベイナイト変態)で表されるように、炭素鋼に比
べてそれぞれの変態に時間を要する。また、このような
オーステンパ処理においては、処理品の使用目的に合致
した硬度を得るために故意にパーライト組織を形成させ
る温度で処理を行うこともあり、このような多様な材
料、硬度、処理品形状が組織分布および硬度分布予測を
さらに複雑で困難なものにしている。
However, the CCT curve as described above differs depending on the material of the processed product, and for example, the CCT curve of the alloy steel to which Ni, Co, etc. are added is B-1 ( Perlite transformation) and B
-2 (Bainite transformation) requires a longer time for each transformation than carbon steel. Further, in such austempering treatment, in order to obtain hardness that matches the purpose of use of the treated product, treatment may be performed at a temperature at which a pearlite structure is intentionally formed. The shape makes the texture distribution and hardness distribution prediction more complicated and difficult.

【0008】したがって、前述されたような丸棒の冷却
曲線の実測により実部品のオーステンパ処理後の組織分
布および硬度分布を推定する方法は、複雑な形状の実処
理品の各部位における冷却曲線がどの寸法の丸棒に相当
するかを判断することは難しく、処理品の硬度分布およ
び硬度を正確に予測することは非常に困難であるという
問題点がある。また、蓄積された実験データにより処理
品の組織分布および硬度分布を推定する方法において
は、正確に推定するためには膨大な回数の実験を行う必
要があって極めてコスト高となるため、事実上正確な予
測は困難であるという問題点がある。
Therefore, in the method of estimating the structure distribution and hardness distribution of the actual part after the austempering by actually measuring the cooling curve of the round bar as described above, the cooling curve in each part of the actual processed product having a complicated shape is There is a problem that it is difficult to judge which size of the round bar corresponds, and it is very difficult to accurately predict the hardness distribution and hardness of the processed product. Further, in the method of estimating the tissue distribution and hardness distribution of the processed product from the accumulated experimental data, it is necessary to perform a huge number of experiments in order to make an accurate estimation, which is extremely expensive. There is a problem that accurate prediction is difficult.

【0009】本発明は、このような問題点を解決するこ
とを目的として、オーステンパ処理品の組織および硬度
分布を試行錯誤の実験を繰り返すことなく短時間で計算
によって予測可能なオーステンパ処理における組織分布
および硬度分布の予測方法を提供しようとするものであ
る。
In order to solve the above problems, the present invention is capable of predicting the structure and hardness distribution of an austempered product by calculation in a short time without repeating trial and error experiments. And a method for predicting hardness distribution.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明によるオーステン
パ処理における組織および硬度分布の予測方法は、前述
されたような目的を達成するために、鋼または鋳鉄のオ
ーステンパ処理において、(a) 数値計算法を用いる熱伝
導解析により処理品各部位の温度履歴を求めるととも
に、これらの温度履歴をCCT曲線と照合してその処理
品各部位において変態が生じている時間を予測し、(b)
この予測される変態が生じている時間において、前記処
理品各部位に生じる等温変態量を、微少時間Δt秒間毎
に変態温度Ttj で生じてTTT曲線にもとづいて得ら
れる微少等温変態量Δfj の総和として算出し、この等
温変態量にもとづきその処理品各部位の組織を得ること
によりオーステンパ処理後の組織分布を予測するととも
に、(c) 前記等温変態量を生じさせる前記微少時間Δt
秒間毎の平均変態温度TAを算出し、この平均変態温度
A にもとづき前記処理品各部位の硬度を得ることによ
りオーステンパ処理後の硬度分布を予測することを特徴
とするものである。
The method for predicting the structure and hardness distribution in the austempering treatment according to the present invention is (a) a numerical calculation method in the austempering treatment of steel or cast iron in order to achieve the above-mentioned object. The temperature history of each part of the processed product is obtained by the heat conduction analysis using, and the time when the transformation occurs in each part of the processed product is predicted by comparing these temperature histories with the CCT curve.
During the predicted transformation time, the amount of isothermal transformation that occurs in each part of the processed product is the minute isothermal transformation amount Δf j that is obtained at the transformation temperature Tt j at every minute time Δt seconds and is obtained based on the TTT curve. Of the treated product based on this isothermal transformation amount, and predicting the tissue distribution after austempering, and (c) the minute time Δt that causes the isothermal transformation amount.
It is characterized in that the average transformation temperature T A for each second is calculated, and the hardness of each part of the treated product is obtained based on this average transformation temperature T A to predict the hardness distribution after austempering.

【0011】前記等温変態量は、次の(1) 式(Avramiの
式)より算出される冷却開始からt秒後の等温変態率X
にもとづいて得られる前記微少時間Δt秒間の等温変態
率の微少増加量ΔXより算出される微少等温変態量Δf
j の総和として算出されることが好ましい。 X=1−exp(−b×tn ) (1) X:等温変態率 b:変態温度に依存する定数 n:変態相に依存する定数 t:冷却開始からの時間(秒)
The isothermal transformation amount is calculated by the following equation (1) (Avrami's equation), and the isothermal transformation rate X after t seconds from the start of cooling.
Based on the above, the minute isothermal transformation amount Δf calculated from the minute increase amount ΔX of the isothermal transformation rate during the minute time Δt seconds.
It is preferably calculated as the sum of j . X = 1-exp (−b × t n ) (1) X: Isothermal transformation rate b: Constant dependent on transformation temperature n: Constant dependent on transformation phase t: Time from cooling start (seconds)

【0012】また、前記処理品各部位の硬度は、次の
(2) 式より算出される平均変態温度T A にもとづき、次
の(3) 式より算出されることが好ましい。 TA =(ΣTtj ×Δfj )/fτ (j=1〜n) (2) Ttj : 各Δt秒間における変態温度 Δfj : 各Δt秒間の微少等温変態量 fτ: 最終変態量 n:変態が生じている時間を微少時間をΔt秒間で割っ
た積算回数 HB =k1 ×TA 2 +k2 ×TA +k3 (3) HB :ブリネル硬度 k1,k2,k3 :定数
The hardness of each part of the treated product is as follows.
Average transformation temperature T calculated from equation (2) ANext based on
It is preferably calculated by the equation (3). TA= (ΣTtj× Δfj) / Fτ (j = 1 to n) (2) Ttj: Transformation temperature Δf in each Δt secondj: Small amount of isothermal transformation for each Δt seconds fτ: Final amount of transformation n: Minute time of transformation divided by Δt seconds
Accumulated number of times HB= K1× TA 2+ K2× TA+ K3 (3) HB: Brinell hardness k1, k2, k3:constant

【0013】[0013]

【作用】鋼または鋳鉄のオーステンパ処理において、例
えば有限要素法のような数値計算法を用いる熱伝導解析
により処理品各部位の温度履歴を求めるとともに、これ
らの温度履歴をCCT曲線と照合してその処理品各部位
において変態を生じている時間を予測する。この変態が
生じている間において、その処理品各部位に生じる等温
変態量を、微少時間Δt秒間毎に変態温度Ttj で生じ
てTTT曲線にもとづいて得られる微少等温変態量Δf
j の総和として算出すれば、この等温変態量にもとづき
その処理品各部位の組織を得てオーステンパ処理後の組
織分布を予測するができる。この等温変態量は、例えば
(1) 式のAvramiの式より算出される等温変態率Xにもと
づいて得られる微少時間Δt秒間の等温変態率の微少増
加量ΔXより算出される微少等温変態量Δfj の総和と
して算出される。さらに、処理品硬度は変態温度によっ
て決定されることから、前記処理品各部位の硬度は、
(2) 式より算出される平均変態温度TA にもとづき、
(3) 式より得られることから処理品の硬度分布を予測す
ることができる。
In the austempering process of steel or cast iron, the temperature history of each part of the processed product is obtained by the heat conduction analysis using a numerical calculation method such as the finite element method, and the temperature history of these is compared with the CCT curve. Predict the time during which transformation occurs in each part of the processed product. While this transformation is occurring, the isothermal transformation amount Δf generated at each part of the processed product is obtained at the transformation temperature Tt j at every minute time Δt seconds and obtained based on the TTT curve.
If it is calculated as the sum of j , it is possible to obtain the structure of each part of the processed product based on this isothermal transformation amount and predict the structure distribution after austempering. This isothermal transformation amount is, for example,
Calculated as the sum of the minute isothermal transformation amount Δf j calculated from the minute increase amount ΔX of the isothermal transformation rate during the minute time Δt seconds obtained based on the isothermal transformation rate X calculated from the Avrami equation (1). . Furthermore, since the hardness of the treated product is determined by the transformation temperature, the hardness of each part of the treated product is
Based on the average transformation temperature T A calculated from the equation (2),
The hardness distribution of the processed product can be predicted from the equation (3).

【0014】[0014]

【実施例】次に、本発明によるオーステンパ処理におけ
る組織分布および硬度分布の予測方法の具体的な一実施
例について、図面を参照しつつ説明する。図1に示され
ているのは、本発明によるオーステンパ処理における組
織分布および硬度分布予測方法が適用されるオーステン
パ処理装置1の構成を示すブロック図である。このオー
ステンパ処理装置1において、入力部2から処理品の寸
法形状および組成、冷却媒体の種類、オーステンパ処理
炉3の設定炉温がCPU4に入力される。また、このC
PU4に入力された設定炉温はオーステンパ処理炉3の
炉温設定部5に設定される。CPU4においては、入力
された処理品の形状寸法にもとづき有限要素法を用いた
公知の手段により処理品はメッシュ分割され、このメッ
シュ分割された処理品各部位について処理品の材料組
成、冷却媒体、炉温等にもとづく熱伝導解析により温度
履歴が求められるとともに、冷却過程における微少時間
毎の温度、メモリ6に記憶されている処理品の材料組成
に応じたCCT曲線およびTTT曲線と照合され、この
微少時間毎に生じる微少等温変態量の総和にもとづき組
織分布が予測され、さらに平均変態温度にもとづき硬度
分布が予測される。そして、これらの予測された結果は
表示部7に表示される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, a specific embodiment of the method for predicting the tissue distribution and hardness distribution in the austempering process according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an austempering apparatus 1 to which the method for predicting the tissue distribution and hardness distribution in austempering according to the present invention is applied. In the austemper processing apparatus 1, the size and shape of the processed product, the type of cooling medium, and the set furnace temperature of the austempering processing furnace 3 are input to the CPU 4 from the input unit 2. Also, this C
The set furnace temperature input to the PU 4 is set in the furnace temperature setting unit 5 of the austempering processing furnace 3. In the CPU 4, the processed product is mesh-divided by a known means using the finite element method based on the inputted shape and size of the processed product, and the material composition of the processed product, the cooling medium, The temperature history is obtained by heat conduction analysis based on the furnace temperature, etc., and is also collated with the temperature for each minute time in the cooling process and the CCT curve and TTT curve according to the material composition of the processed product stored in the memory 6, The structure distribution is predicted based on the sum of the minute isothermal transformation amounts that occur every minute time, and the hardness distribution is further predicted based on the average transformation temperature. Then, these predicted results are displayed on the display unit 7.

【0015】なお、本実施例において用いるテストピー
ス11は、C:3.50%、Si:2.82%、Mn:0.26%、
P:0.068 %、S:0.014 %、Mg:0.037 %、Cu:
0.05%、Mo:0.55%を含有する球状黒鉛鋳鉄であり、
図2に示されているような幅400 mm、奥行き150mm 、厚
み10〜30mmの4段階の階段状平板である。この球状黒鉛
鋳鉄は、図3に示されるようなCCT曲線にてパーライ
ト変態およびベイナイト変態を起こすものであり、また
オーステナイトからベイナイトへの等温変態過程は図4
のTTT曲線として示される。
The test piece 11 used in the present embodiment has C: 3.50%, Si: 2.82%, Mn: 0.26%,
P: 0.068%, S: 0.014%, Mg: 0.037%, Cu:
Spheroidal graphite cast iron containing 0.05%, Mo: 0.55%,
As shown in FIG. 2, it is a stepwise flat plate having a width of 400 mm, a depth of 150 mm and a thickness of 10 to 30 mm in four steps. This spheroidal graphite cast iron causes pearlite transformation and bainite transformation in the CCT curve as shown in FIG. 3, and the isothermal transformation process from austenite to bainite is shown in FIG.
Is shown as the TTT curve of.

【0016】前述されたようなテストピース11のオース
テンパ処理における組織分布および硬度分布の予測方法
について、図3に示される冷却曲線およびCCT曲線、
図4に示されるTTT曲線を参照しつつ、図5に示され
るフローチャート図にもとづき詳述する。なお、オース
テンパ処理は、900 ℃、1.5 時間オーステナイト化した
後に流動層にて冷却し、370 ℃、1.5 時間恒温保持した
後に空冷することにより行った。また、熱伝導解析に使
用した熱物性値は、密度:7.0g/cm3 、熱伝導率: 0.07 c
al/g・℃、比熱:0.155cal/cm・s・℃、潜熱:30 cal/
g、熱伝導係数 (流動層):0.007cal/cm2・s・℃であ
る。
Regarding the method of predicting the tissue distribution and hardness distribution in the austempering of the test piece 11 as described above, the cooling curve and CCT curve shown in FIG.
This will be described in detail with reference to the TTT curve shown in FIG. 4 and based on the flowchart shown in FIG. The austempering treatment was performed by austenitizing at 900 ° C. for 1.5 hours, then cooling in a fluidized bed, maintaining a constant temperature at 370 ° C. for 1.5 hours, and then air-cooling. The thermophysical properties used for the thermal conductivity analysis are: density: 7.0 g / cm 3 , thermal conductivity: 0.07 c
al / g ・ ℃, specific heat: 0.155 cal / cm ・ s ・ ℃, latent heat: 30 cal /
g, thermal conductivity coefficient (fluidized bed): 0.007 cal / cm 2 · s · ° C.

【0017】ステップA:処理品の寸法形状、処理品の
材料組成、冷却媒体の種類、組織分布および硬度分布を
解析するためのメッシュサイズ等のオーステンパ処理条
件および熱伝導解析条件を入力する。 ステップB:処理品をメッシュ分割する。なお、ステッ
プBからステップJまでの処理は、このメッシュ分割さ
れた処理品各部位毎に行う。 ステップC:冷却開始からの経過時間t秒を、微少時間
Δt秒間ずつ経過した時間とし、ステップJまでの処理
はtからt+Δt秒の間の微少時間Δt秒間毎に行う。 ステップD:有限要素法を用いて公知の手法により熱伝
導解析を行い、各メッシュおける温度Tを求める。
Step A: Input austempering processing conditions and heat conduction analysis conditions such as the size and shape of the processed product, the material composition of the processed product, the type of cooling medium, the mesh size for analyzing the tissue distribution and the hardness distribution. Step B: The processed product is divided into meshes. The processing from step B to step J is performed for each part of the mesh-divided processed product. Step C: The elapsed time t seconds from the start of cooling is defined as the time elapsed by each minute time Δt seconds, and the processes up to step J are performed every minute time Δt seconds between t and t + Δt seconds. Step D: A heat conduction analysis is performed by a known method using the finite element method, and the temperature T in each mesh is obtained.

【0018】ステップE:前ステップDで得た温度Tを
CCT曲線と照合し、変態を生じる変態領域内であれば
ステップFに進み、変態領域外であればステップHに進
む。 ステップF:TTT曲線にもとづき(1) 式に示されるAv
ramiの式により冷却開始からt秒後における等温変態率
Xを求める。さらに、Δt秒間における等温変態率の微
少増加量ΔXを求める。 ステップG:前ステップFで得たΔt秒間における等温
変態率の微少増加量ΔXにもとづき,この間の発生する
変態潜熱ΔH(cal)を次の(4) 式により求める。 ΔH=ρ・L・ΔX/Δt (4) ρ:密度(g/cm3) L:100 %変態時に発生する変態潜熱量(cal) ステップH:ステップEで得た温度T、またはステップ
Gで得た変態潜熱ΔHをも含めて熱収支の式と照合す
る。この熱収支の式を満足すれば熱伝導解析により得た
温度Tは妥当な値であると見做してステッIに進み、熱
収支の式を満足しなければ、ステップDに戻って再び各
ステップの処理を行う。
Step E: The temperature T obtained in the previous step D is compared with the CCT curve, and if it is within the transformation region where transformation occurs, proceed to Step F, and if it is outside the transformation region, proceed to Step H. Step F: Av shown in equation (1) based on the TTT curve
The isothermal transformation rate X after t seconds from the start of cooling is calculated by the rami equation. Further, a minute increase amount ΔX of the isothermal transformation rate in Δt seconds is obtained. Step G: Based on the minute increase amount ΔX of the isothermal transformation rate in Δt seconds obtained in the previous step F, the transformation latent heat ΔH (cal) generated during this period is calculated by the following equation (4). ΔH = ρ · L · ΔX / Δt (4) ρ: Density (g / cm 3 ) L: 100% Transformation latent heat amount generated during transformation (cal) Step H: Temperature T obtained in Step E or Step G The obtained transformation latent heat ΔH is also included in the heat balance equation. If this heat balance formula is satisfied, the temperature T obtained by the heat conduction analysis is considered to be a reasonable value, and the process proceeds to step I. If the heat balance formula is not satisfied, the process returns to step D and each Perform step processing.

【0019】ステップI:ステップEにおける判断が変
態領域内であればステップJへ進み、変態領域外であれ
ばステップKに進む。 ステップJ:熱伝導解析により得た温度TはΔt秒間の
等温変態温度Ttj としてメモリ6に記憶されるととも
に、この間の等温変態率の微少増加量ΔXにもとづき微
少等温変態量Δfj が算出され、この微少等温変態量Δ
j もメモリ6に記憶される。すなわち、等温変態温度
Ttj および微少等温変態量Δfj は、変態が生じてい
る時間をΔt秒間で割った回数nだけメモリ6に記憶さ
れることになる。 ステップK:オーステンパ処理が終了したかどうかを調
べ、オーステンパ処理が終了ならばステップLに進み、
さらにオーステンパ処理を続けるならばステップCに戻
ってさらに微少時間Δt秒経過後の時間について処理を
行う。 ステップL:処理品各部位について、メモリ6に記憶さ
れている各Δt秒間の変態温度Ttj における等温変態
量Δfj の総和(j=1〜n)を求めて、オーステンパ
処理後の組織分布を予測する。 ステップM:処理品各部位について、メモリ6に記憶さ
れている各Δt秒間の変態温度Ttj および等温変態量
Δfj より前述の(2) 式より平均変態温度TAを求める
とともに、この平均変態温度TA を前述の(3) 式に代入
してブリネル硬度HB を算出し、オーステンパ処理後の
硬度分布を予測する。
Step I: If the judgment in step E is within the transformation area, proceed to step J, and if it is outside the transformation area, proceed to step K. Step J: The temperature T obtained by the heat conduction analysis is stored in the memory 6 as the isothermal transformation temperature Tt j for Δt seconds, and the minute isothermal transformation amount Δf j is calculated based on the minute increment ΔX of the isothermal transformation rate during this period. , This slight isothermal transformation amount Δ
f j is also stored in the memory 6. That is, the isothermal transformation temperature Tt j and the minute isothermal transformation amount Δf j are stored in the memory 6 by the number of times n, which is the time during which the transformation is occurring divided by Δt seconds. Step K: Check whether or not the austempering process is completed. If the austempering process is completed, proceed to Step L.
If the austempering process is further continued, the process returns to step C and the process is performed for the time after the lapse of the minute time Δt seconds. Step L: For each part of the processed product, the total sum (j = 1 to n) of the isothermal transformation amount Δf j at the transformation temperature Tt j for each Δt seconds stored in the memory 6 is obtained, and the tissue distribution after the austempering treatment is calculated. Predict. Step M: For each part of the processed product, the average transformation temperature T A is obtained from the above-mentioned equation (2) from the transformation temperature Tt j and the isothermal transformation amount Δf j stored in the memory 6 for each Δt second, and this average transformation is calculated. By substituting the temperature T A into the formula (3), the Brinell hardness H B is calculated, and the hardness distribution after the austempering is predicted.

【0020】なお、図3においてCCT曲線とともに示
されているのは、熱伝導解析により処理品各部位につい
て得た温度Tと時間tとの関係のうち、厚み30mm、20m
m、15mmの中心部分(図2におけるZ1 ,Z2 ,Z3)の
温度と時間との関係をグラフ上で表した冷却曲線 (点
線) である。この解析により得られた冷却曲線は、同じ
部位について実測によって得られた冷却曲線(実線) と
非常に良く一致し、厚み15mmの場合でさえパーライトノ
ーズにかかると変態時に潜熱放出があることが判り、前
述された熱伝導解析は信頼できるものであることが明ら
かである。
In addition, what is shown in FIG. 3 together with the CCT curve is the thickness 30 mm, 20 m in the relationship between the temperature T and the time t obtained for each part of the processed product by the heat conduction analysis.
3 is a cooling curve (dotted line) showing the relationship between temperature and time at the central portions of m and 15 mm (Z 1 , Z 2 , Z 3 in FIG. 2) on a graph. The cooling curve obtained by this analysis agrees very well with the cooling curve (solid line) obtained by actual measurement for the same part, and it was found that latent heat is released during transformation when the pearlite nose is applied even when the thickness is 15 mm. It is clear that the above mentioned heat transfer analysis is reliable.

【0021】図6(A) に前述のテストピース11について
熱伝導解析によって得られたテストピース11の中心部の
平均変態温度TA の分布を、また図6(B) 、(C) に組織
分布の予測結果を示すとともに、図7に実際にオーステ
ンパ処理によって得られた組織の観察結果を示す。とこ
ろで、図6(B) 、(C) からは肉厚10mmの部分ではフルベ
イナイトが予測されるが、15mm以上の部位からはパーラ
イトおよびベイナイトの混合組織が予測され、パーライ
トの占める割合は肉厚が大きくなるにしたがって増加す
る傾向がある。この傾向は、図7に示されている実際の
組織観察結果と良く一致していることがわかる。
FIG. 6 (A) shows the distribution of the average transformation temperature T A at the center of the test piece 11 obtained by heat conduction analysis for the above-mentioned test piece 11, and FIGS. 6 (B) and 6 (C) show the structure. In addition to showing the distribution prediction result, FIG. 7 shows the observation result of the tissue actually obtained by the austempering treatment. By the way, from Fig. 6 (B) and (C), full bainite is predicted in the part with a wall thickness of 10 mm, but a mixed structure of pearlite and bainite is predicted in a part with a wall thickness of 15 mm or more. Tends to increase with increasing. It can be seen that this tendency is in good agreement with the actual tissue observation result shown in FIG. 7.

【0022】本実施例においてはオーステンパ処理後に
組織分布および硬度分布を求めたが、冷却過程において
求められる温度履歴を炉温にフィードバックするように
すれば処理品を所望の硬度とすることもできる。
In the present embodiment, the structure distribution and hardness distribution were obtained after the austempering treatment. However, if the temperature history obtained in the cooling process is fed back to the furnace temperature, the treated product can have a desired hardness.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明によれば、従来のように試行錯誤
や膨大なデータの収集によることなく、オーステンパ処
理品の組織分布および硬度分布を正確に予測することが
できるため、試作コストを大幅に低減できる。
According to the present invention, the structure distribution and hardness distribution of the austempered product can be accurately predicted without the need for trial and error or the collection of enormous amounts of data as in the prior art. Can be reduced to

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のオーステンパ処理における組織分布お
よび硬度分布の予測方法が適用されたオーステンパ処理
装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an austempering apparatus to which a method of predicting a tissue distribution and a hardness distribution in an austempering treatment of the present invention is applied.

【図2】実施例において、オーステンパ処理における組
織分布および硬度分布の予測に使用するテストピースの
断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a test piece used for predicting a tissue distribution and hardness distribution in an austempering process in an example.

【図3】実施例において、オーステンパ処理における組
織分布および硬度分布の予測に使用するCCT曲線およ
び冷却曲線を示すグラフ図である。
FIG. 3 is a graph showing a CCT curve and a cooling curve used for predicting a tissue distribution and a hardness distribution in austempering in Examples.

【図4】実施例において、オーステンパ処理における組
織分布および硬度分布の予測に使用するTTT曲線を示
すグラフ図である。
FIG. 4 is a graph showing a TTT curve used for predicting the tissue distribution and hardness distribution in the austempering treatment in Examples.

【図5】本発明のオーステンパ処理における組織分布お
よび硬度分布の予測方法を説明するフローチャート図で
ある。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of predicting a tissue distribution and a hardness distribution in the austempering process of the present invention.

【図6】オーステンパ処理におけるテストピースの組織
分布および硬度分布の予測結果であり、(A) は平均変態
温度の分布を示す図、(B) はベイナイト組織の分布を示
す図、(C) はフェライト組織およびパーライト組織の分
布を示す図である。
6A and 6B are prediction results of the structure distribution and hardness distribution of the test piece in the austempering treatment, where FIG. 6A is a diagram showing the distribution of the average transformation temperature, FIG. 6B is a diagram showing the distribution of the bainite structure, and FIG. It is a figure which shows distribution of a ferrite structure and a pearlite structure.

【図7】図6において示されるオーステンパ処理後のテ
ストピースの各厚みの中心部における実際の組織を示す
顕微鏡写真である。
FIG. 7 is a micrograph showing an actual structure in the central portion of each thickness of the test piece after the austempering treatment shown in FIG.

【図8】オーステンパ処理における温度と時間との関係
を説明する説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a relationship between temperature and time in the austempering process.

【図9】CCT曲線および冷却曲線の一例を示すグラフ
図である。
FIG. 9 is a graph showing an example of a CCT curve and a cooling curve.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 オーステンパ処理装置 2 入力部 3 オーステンパ処理炉 4 CPU 5 炉温設定部 6 メモリ 7 表示部 11 テストピース 1 Austempering processing device 2 Input section 3 Austempering processing furnace 4 CPU 5 Furnace temperature setting section 6 Memory 7 Display section 11 Test piece

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成4年12月17日[Submission date] December 17, 1992

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図面の簡単な説明[Name of item to be corrected] Brief description of the drawing

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明のオーステンパ処理における組織分布お
よび硬度分布の予測方法が適用されたオーステンパ処理
装置の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an austempering apparatus to which a method of predicting a tissue distribution and a hardness distribution in an austempering treatment of the present invention is applied.

【図2】実施例において、オーステンパ処理における組
織分布および硬度分布の予測に使用するテストピースの
断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a test piece used for predicting a tissue distribution and hardness distribution in an austempering process in an example.

【図3】実施例において、オーステンパ処理における組
織分布および硬度分布の予測に使用するCCT曲線およ
び冷却曲線を示すグラフ図である。
FIG. 3 is a graph showing a CCT curve and a cooling curve used for predicting a tissue distribution and a hardness distribution in austempering in Examples.

【図4】実施例において、オーステンパ処理における組
織分布および硬度分布の予測に使用するTTT曲線を示
すグラフ図である。
FIG. 4 is a graph showing a TTT curve used for predicting the tissue distribution and hardness distribution in the austempering treatment in Examples.

【図5】本発明のオーステンパ処理における組織分布お
よび硬度分布の予測方法を説明するフローチャート図で
ある。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of predicting a tissue distribution and a hardness distribution in the austempering process of the present invention.

【図6】オーステンパ処理におけるテストピースの組織
分布および硬度分布の予測結果であり、(A)は平均変
態温度の分布を示す図、(B)はベイナイト組織の
分布を示す図、(C)はフェライト組織およびパーライ
ト組織の分布を示す図 である。
6A and 6B are prediction results of the structure distribution and hardness distribution of the test piece in the austempering treatment, FIG. 6A shows a distribution of average transformation temperature, and FIG. 6B shows a bainite structure.
FIG. 3C is a diagram showing distribution, and FIG. 6C is a diagram showing distribution of ferrite structure and pearlite structure.

【図7】図6において示されるオーステンパ処理後のテ
ストピースの各厚みの中心部における実際の金属組織を
示す顕微鏡写真である。
7 is a micrograph showing an actual metallographic structure at the center of each thickness of the test piece after the austempering treatment shown in FIG.

【図8】オーステンパ処理における温度と時間との関係
を説明する説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a relationship between temperature and time in the austempering process.

【図9】CCT曲線および冷却曲線の一例を示すグラフ
図である。
FIG. 9 is a graph showing an example of a CCT curve and a cooling curve.

【符号の説明】 1 オーステンパ処理装置 2 入力部 3 オーステンパ処理炉 4 CPU 5 炉温設定部 6 メモリ 7 表示部 11 テストピース[Explanation of reference numerals] 1 austempering apparatus 2 input section 3 austempering processing furnace 4 CPU 5 furnace temperature setting section 6 memory 7 display section 11 test piece

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】図面[Document name to be corrected] Drawing

【補正対象項目名】図7[Name of item to be corrected] Figure 7

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図7】 [Figure 7]

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 鋼または鋳鉄のオーステンパ処理におい
て、 (a) 数値計算法を用いる熱伝導解析により処理品各部位
の温度履歴を求めるとともに、これらの温度履歴をCC
T曲線と照合してその処理品各部位において変態が生じ
ている時間を予測し、 (b) この予測される変態が生じている時間において、前
記処理品各部位に生じる等温変態量を、微少時間Δt秒
間毎に変態温度Ttj で生じてTTT曲線にもとづいて
得られる微少等温変態量Δfj の総和として算出し、こ
の等温変態量にもとづきその処理品各部位の組織を得る
ことによりオーステンパ処理後の組織分布を予測すると
ともに、 (c) 前記等温変態量を生じさせる前記微少時間Δt秒間
毎の平均変態温度TAを算出し、この平均変態温度TA
にもとづき前記処理品各部位の硬度を得ることによりオ
ーステンパ処理後の硬度分布を予測することを特徴とす
るオーステンパ処理における組織分布および硬度分布の
予測方法。
1. In austempering of steel or cast iron, (a) the temperature history of each part of the processed product is obtained by heat conduction analysis using a numerical calculation method, and these temperature histories are CC
The time when transformation is occurring in each part of the processed product is predicted by collating with the T curve, and (b) the isothermal transformation amount that occurs in each part of the treated product is minimized at the time when the predicted transformation is generated. Austempering is performed by calculating as the sum of the minute isothermal transformation amount Δf j generated at the transformation temperature Tt j every time Δt seconds and obtained based on the TTT curve, and obtaining the structure of each part of the processed product based on this isothermal transformation amount. While predicting the subsequent microstructure distribution, (c) calculating the average transformation temperature T A for each minute time Δt seconds that causes the isothermal transformation amount, and calculating the average transformation temperature T A.
A method for predicting a tissue distribution and a hardness distribution in an austempering treatment, which comprises predicting a hardness distribution after austempering treatment by obtaining hardness of each part of the treated product based on the above.
【請求項2】 前記等温変態量は、次の(1) 式(Avrami
の式)より算出される冷却開始からt秒後の等温変態率
Xにもとづいて得られる前記微少時間Δt秒間の等温変
態率の微少増加量ΔXより算出される微少等温変態量Δ
j の総和として算出されることを特徴とする請求項1
に記載のオーステンパ処理における組織分布および硬度
分布の予測方法。 X=1−exp(−b×tn ) (1) X:等温変態率 b:変態温度に依存する定数 n:変態相に依存する定数 t:冷却開始からの時間(秒)
2. The isothermal transformation amount is calculated by the following equation (1) (Avrami
Of the isothermal transformation rate X after t seconds from the start of cooling calculated by the equation (1), the minute isothermal transformation rate Δ calculated from the minute increase ΔX of the isothermal transformation rate during the minute time Δt seconds.
It is calculated as the sum total of f j.
The method for predicting the tissue distribution and hardness distribution in the austempering treatment described in. X = 1-exp (−b × t n ) (1) X: Isothermal transformation rate b: Constant dependent on transformation temperature n: Constant dependent on transformation phase t: Time from cooling start (seconds)
【請求項3】 前記処理品各部位の硬度は、次の(2) 式
より算出される平均変態温度TA にもとづき、次の(3)
式より算出されることを特徴とする請求項1または2に
記載のオーステンパ処理における組織分布および硬度分
布の予測方法。 TA =(ΣTtj ×Δfj )/fτ (j=1〜n) (2) Ttj : 各Δt秒間における変態温度 Δfj : 各Δt秒間の微少等温変態量 fτ: 最終変態量 n:変態が生じている時間を微少時間をΔt秒間で割っ
た積算回数 HB =k1 ×TA 2 +k2 ×TA +k3 (3) HB :ブリネル硬度 k1,k2,k3 :定数
3. The hardness of each part of the treated product is determined based on the average transformation temperature T A calculated by the following equation (2),
The method for predicting the tissue distribution and hardness distribution in the austempering treatment according to claim 1 or 2, which is calculated by a formula. T A = (ΣTt j × Δf j ) / fτ (j = 1 to n) (2) Tt j : Transformation temperature in each Δt second Δf j : Small isothermal transformation amount in each Δt second fτ: Final transformation amount n: Transformation number accumulation is divided by that time a minute time Δt seconds resulting H B = k 1 × T a 2 + k 2 × T a + k 3 (3) H B: Brinell hardness k 1, k 2, k 3 : constant
JP30916691A 1991-11-25 1991-11-25 Prediction method of texture distribution and hardness distribution in austempering Expired - Fee Related JP3171207B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30916691A JP3171207B2 (en) 1991-11-25 1991-11-25 Prediction method of texture distribution and hardness distribution in austempering

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP30916691A JP3171207B2 (en) 1991-11-25 1991-11-25 Prediction method of texture distribution and hardness distribution in austempering

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0610039A true JPH0610039A (en) 1994-01-18
JP3171207B2 JP3171207B2 (en) 2001-05-28

Family

ID=17989731

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP30916691A Expired - Fee Related JP3171207B2 (en) 1991-11-25 1991-11-25 Prediction method of texture distribution and hardness distribution in austempering

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3171207B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020138294A1 (en) * 2018-12-27 2020-07-02 日本製鉄株式会社 Heat treatment analysis method and device, program, and recording medium
CN113174467A (en) * 2021-03-23 2021-07-27 中冶南方连铸技术工程有限责任公司 Method for predicting casting blank quenching structure and method for making casting blank quenching process

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020138294A1 (en) * 2018-12-27 2020-07-02 日本製鉄株式会社 Heat treatment analysis method and device, program, and recording medium
CN113174467A (en) * 2021-03-23 2021-07-27 中冶南方连铸技术工程有限责任公司 Method for predicting casting blank quenching structure and method for making casting blank quenching process
CN113174467B (en) * 2021-03-23 2023-02-24 中冶南方连铸技术工程有限责任公司 Method for predicting casting blank quenching structure and method for making casting blank quenching process

Also Published As

Publication number Publication date
JP3171207B2 (en) 2001-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tipler et al. The creep cavitation of commercial and high-purity Cr-Mo-V steels
AU645699B2 (en) Method of estimating material of steel product
Kim et al. Modeling of AGS and recrystallized fraction of microalloyed medium carbon steel during hot deformation
Thibaux et al. Carbon diffusion measurement in austenite in the temperature range 500 C to 900 C
Stan et al. Application of thermal analysis to monitor the quality of hypoeutectic cast irons during solidification in sand and metal moulds
JP2003516474A (en) Low-carbon, low-chromium high-speed steel that can be carburized
Yazdi et al. Prediction of hardness at different points of Jominy specimen using quench factor analysis method
Hiremath et al. Effect of post carburizing treatments on residual stress distribution in plain carbon and alloy steels–a numerical analysis
Lan et al. Serrated flow and dynamic strain aging in Fe-Mn-C TWIP steel
Pham et al. Predicting the onset of transformation under noncontinuous cooling conditions: Part II. Application to the austenite pearlite transformation
CN111189873A (en) Method for measuring CCT curve of low-carbon low-alloy steel
Ali et al. Microstructure evolution and static recrystallization kinetics in hot-deformed austenite of coarse-grained Mo-free and Mo containing low-carbon CrNiMnB ultrahigh-strength steels
JPH0610039A (en) Method for predicting structure distribution and hardness distribution in austempering treatment
Lynch et al. Reducing microsegregation in next-generation high-strength low-alloy cast steels
Jeyabalan et al. Modeling of the austenite decomposition kinetics in a low-alloyed steel enriched in carbon and nitrogen
CN104870996B (en) Method of analysing iron melt
Cias Austenite transformation kinetics of ferrous alloys
Majta et al. Mechanical behaviour of hot and warm formed microalloyed steels
Hart-Rawung et al. Extension of a phase transformation model for partial hardening in hot stamping
Almanza et al. Influence of cobalt in the tensile properties of ½ inch ductile iron Y-blocks
Hu et al. Comparative study on thermal fatigue behavior of two hot work die steels
JPH0587800A (en) Estimating method of quality of steel material
JP2736772B2 (en) Austempering heat treatment method and apparatus by thermal analysis
Mostert et al. Novel model for accurate calculation of hardenability and continuous cooling transformation
Mukai et al. Simulation of carburizing-quenching of a gear. Effect of carbon content on residual stresses and distortion

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20010306

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees