基于3D CA的AZ31镁合金动态再结晶行为研究

本文建立了三维元胞自动机(3D-CA)模型,通过热压缩试验和电子背散射衍表征技术(EBSD),对AZ31镁合金在热变形过程中的微观组织演化规律进行可视化和定量预测。根据试验得出的真应力-应变曲线,确定了3D-CA模型参数在试验条件下的取值,建立了模型参数与变形条件(应变、变形温度和应变速率)之间的关系。利用所建立的3D-CA模型,对AZ31镁合金在热变形过程中的流动行为和微观组织演化进行模拟和讨论。结果表明:再结晶体积分数随着应变的增大而增加,随着变形温度的增大或应变速率降低而增大,提高应变速率或降低温度可以细化再结晶晶粒。模拟结果与实验结果吻合较好,相对误差值在4.5%-16.2%之间,所建立的3D-CA模型能够较准确地预测镁合金AZ31的微观组织演化。     

Co40NiCrMo合金本构关系的建立

根据Co40NiCrMo合金在THERMECMASTOR-Z热模拟机上进行等温压缩试验的数据,研究了Co40NiCrMo合金的本构关系模型,建立了以Zener-Hollomon参数和热变形参数为基本变量的Co40NiCrMo合金本构关系方程.绝大多数情况下误差仅为5%,误差最大值为5.8023%,误差大于5%的情况仅占试验规范的6%左右.所建立的本构关系能正确反映合金对锻造热力参数的动态响应特征,而且可以很好地描述不同应变、应变速率、温度时的应力特征.以Co40NiCrMo合金的金相试验为基础,研究热变形参数对Co40NiCrMo合金微观组织的影响规律,建立Co40NiCrMo合金在高温变形过程中的微观组织演化模型.建立的微观组织演化模型能够较好地反映热态变形时锻造热力参数对Co40NiCrMo合金显微组织演化过程和再结晶晶粒尺寸的影响规律.     

Hastelloy C276高温合金热加工微观组织演化元胞自动机模拟

采用Gleeble热模拟试验机对Ni-Cr-Mo系高温合金Hastelloy C276进行单道次和双道次热压缩试验,获得了不同热变形条件下的流变应力曲线和微观组织,在此基础上回归了该合金热变形物理冶金模型及参数,进而构建了微观组织拓扑演化的元胞自动机模型。结果表明:Hastelloy C276高温合金在高温热压缩过程中易发生动态再结晶,当动态再结晶不完全时,在热压缩保温或道次间歇内,再结晶晶粒将进一步快速生长而发生亚动态再结晶。Hastelloy C276高温合金再结晶行为对变形温度、变形速率、应变量等工艺参数敏感;构建的元胞自动机模型,集成计算了热压缩和道次间歇过程中的位错密度、再结晶形核及晶界迁移等,可有效表征多工艺参数下Hastelloy C276高温合金热压缩过程中的微观组织拓扑结构演化和应力-应变响应。     

2.25Cr1Mo0.25V钢高温变形微观组织的演变分析与数值模拟

在Gleeble-3500热模拟试验机上对2.25Cr1Mo0.25V钢进行等温压缩试验,得到变形温度在900~1200℃、应变速率在0.001~10 s-1、变形量为60%时的高温流动应力-应变曲线。结合金相实验,研究2.25Cr1Mo0.25V钢在不同变形条件下微观组织的演变规律,建立2.25Cr1Mo0.25V钢在高温塑性变形过程中的动态再结晶数学模型。将模型与有限元结合,对热压缩过程的组织演化进行数值模拟,模拟结果与试验结果的相对误差小于11%,验证了模型的正确性。     

TC21钛合金动态再结晶行为的元胞自动机模拟

为研究热加工工艺不同变形参数对TC21钛合金塑性成形过程中微观组织的影响，本文利用Gleeble-3500型热模拟试验机进行等温恒应变速率热压缩实验，研究了TC21钛合金在不同变形条件下的热变形行为；并以TC21钛合金在热压缩过程中微观组织演变为基础，通过对TC21钛合金的位错密度模型、再结晶形核和晶粒长大模型的推导，建立了元胞自动机模型，并基于元胞自动机模型对TC21钛合金β单相区变形过程中的动态再结晶行为进行了模拟和验证。结果表明：该合金的流变应力随着温度的降低和应变速率的升高而增大；结合元胞自动机模拟结果分析得，在β单相区内该合金动态再结晶体积分数与变形温度成正比，而与应变速率成反比。     

7A04合金半固态等温压缩的力学行为

通过半固态等温压缩实验,研究了7A04合金在半固态压缩过程中的力学行为。结果表明,半固态压缩时的峰值应力受变形温度和应变速率的影响较大,而稳态应力值受变形温度和应变速率的影响较小,且该合金具有应变速率敏感性。以此为基础,研究了半固态等温压缩过程中的微观组织变化及金属流动规律,揭示了半固态加工中可用较小的力实现较大变形的真正原因,为合理制定半固态加工工艺参数奠定了理论基础。     

高铌TiAl合金包套锻造过程微观组织模拟(英文)

利用Deform-3D软件对高铌TiAl合金包套锻造过程中的微观组织演变进行模拟。为得到模拟所需参数,在1100～1250℃和0.001～0.5 s-1的条件下对合金进行了热压缩试验。在所得试验数据的基础上,利用一种间接方法建立了合金的动态再结晶模型,并利用Avrami形式的方程对再结晶分数进行描述。采用Cingara硬化模型及所建立的再结晶分数模型构建了合金的流变应力本构模型。模拟结果显示,由于锻造过程中摩擦的存在、热量的损失以及简单单向镦粗变形的锻造方式,使得坯料中的微观组织分布不均匀。通过模拟结果与实验结果的比较,证明所建立的有限元模型能够有效地预测高铌TiAl合金在包套锻造过程中的组织演变。     

Simulation of Microstructure for Hot Pack-Forging of a High Nb Containing TiAl Alloy

利用Deform-3D软件对高铌TiAl合金包套锻造过程中的微观组织演变进行模拟。为得到模拟所需参数,在1100～1250℃和0.001～0.5 s-1的条件下对合金进行了热压缩试验。在所得试验数据的基础上,利用一种间接方法建立了合金的动态再结晶模型,并利用Avrami形式的方程对再结晶分数进行描述。采用Cingara硬化模型及所建立的再结晶分数模型构建了合金的流变应力本构模型。模拟结果显示,由于锻造过程中摩擦的存在、热量的损失以及简单单向镦粗变形的锻造方式,使得坯料中的微观组织分布不均匀。通过模拟结果与实验结果的比较,证明所建立的有限元模型能够有效地预测高铌TiAl合金在包套锻造过程中的组织演变。     

20CrMnTiH钢热压缩微观组织演变及动态再结晶模型

采用Gleeble-3500热模拟机对20CrMnTiH在温度为950℃~1 150℃、应变速率为0.01s~5s-1、变形量为60%条件下进行等温压缩实验,研究热压缩变形过程中变形温度和应变速率对材料流变应力和微观组织演变的影响规律。在对实验数据回归分析的基础上,建立20CrMnTiH动态再结晶模型;将建立的材料模型导入有限元软件DEFORM-3D中,模拟热压缩过程中的动态再结晶。结果表明,升高变形温度和降低应变速率均有利于20CrMnTiH发生动态再结晶,变形后再结晶晶粒尺寸增大,且动态再结晶体积分数增加;模拟结果与实验结果吻合。     

高温合金盘热成形工艺多尺度数值模拟及验证

为了系统全面地研究高温合金盘的热成形过程，通过建立高温合金宏微观材料模型，设置热成形工艺参数和边界条件，构建了GH2132高温合金盘宏微观多尺度有限元模型。通过对高温合金盘热成形过程进行数值模拟，研究了高温合金盘热成形工艺过程中的宏观变形和微观组织演变行为，分析了高温合金盘热成形后的宏观变形状态和微观组织分布情况。通过进行高温合金盘热成形物理试验对数值模拟结果进行了验证。结果表明，通过数值模拟能够精确预测高温合金盘热成形工艺过程中的宏观变形和微观组织演变。     

铸态2219铝合金热压缩变形组织演变规律

为解决2219铝合金微观组织粗大、第二相分布不均的问题,开展了对铸态2219铝合金热压缩变形组织演变规律的研究。研究结果表明,经热压缩变形后,铸态2219铝合金组织中粗大的晶粒及连续网状分布的残余结晶相被打碎,经热处理后形成了均匀的再结晶组织。随着变形温度的升高,晶粒组织粗化,但Al2Cu相的分布更细小、均匀;随着变形量的增大,晶粒组织逐渐细化,晶粒大小分布也更均匀,且Al2Cu相也随变形量的增加破碎得更充分,分布更细小、均匀。在大直径铸锭锻造开坯过程中,为了获得Al2Cu相细化分布的组织,变形温度应控制在420℃以上,单次变形量不应低于50%。延长锻后保温时间不会显著影响材料的显微组织,因此,在锻造开坯过程中,为了保证合理的变形温度区间,可以采用回炉加热多火次锻造的方式。     

A Study on the Recrystallization Behavior of Ni-Based Alloy G3 During Hot Deformation

An integrated microstructure evolution model of thermomechanical processing was developed in terms of dynamic recrystallization (DRX), post-dynamic recrystallization (PDRX) and grain growth. Hot compression tests were carried out on a Gleeble-1500 thermal simulator under different conditions to model DRX, PDRX and short-time grain growth during the post-deformation and cooling process. Furthermore, in combination with the established microstructure evolution models, an elastic–plastic finite element model was built using DEFORM-2D software to simulate the microstructure evolution during the hot extrusion process. The simulation result was compared with the microstructure of a hot-extruded pipe of alloy G3 manufactured in a factory. The simulation results agree well with the experimental ones, validating the accuracy of the established microstructure evolution model. Furthermore, the finite element simulation is an effective method for hot deformation analysis, which can provide theoretical guidance for the optimization manufacturing parameters.     

Microstructure and mechanical properties of 7A09 aluminium alloy after isothermal compression and solution treatment

In this paper, the effect of processing parameters on the microstructure was investigated during the isothermal compression of 7A09 aluminium alloy. The optimal deformation parameters for the hot compression of 7A09 aluminium alloy were determined to be 733 K and a strain rate of 0.01 s⁻¹. The effect of solution temperature and solution time on the microstructure and mechanical properties of 7A09 aluminium alloy after isothermal compression was also investigated. A low deformation temperature was beneficial for preventing the grain coarsening, while a high deformation temperature contributed to the dissolution of the second phase particles and the occurrence of static recrystallisation during the solution treatment process. The second phase particles were more dissolved in the Al matrix as the solution time increased. The optimal solution treatment of 7A09 aluminium alloy was 723 K for 55 min, followed by rapid quenching in water and an ageing treatment at 413 K for 16 h. The tensile yield strength, ultimate strength, and elongation of 7A09 aluminium alloy after the optimal solution treatment were 580 MPa, 630 MPa, and 11.5%, respectively.     

GH4169合金涡轮盘热模锻中晶粒尺寸演变的数值模拟与分析

针对GH4169合金涡轮盘热模锻中易出现粗晶、混晶等显微组织缺陷,通过热模拟压缩实验和热变形后热处理实验,研究分析了GH4169合金在热变形和后续热处理中的显微组织演变规律,并建立了晶粒尺寸演变模型。实验结果表明:GH4169合金在热变形中的主要显微组织演变机制为动态再结晶,热变形后热处理中的主要显微组织演变机制为晶粒长大和孪晶生成。将晶粒尺寸演变模型与有限元结合,对某GH4169合金涡轮盘热模锻中的晶粒尺寸演变进行了预测分析,预测结果与实际结果一致。     

Ti-15-3合金热变形固溶显微组织的多重分形研究

以Ti-15-3(Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al)合金热变形固溶再结晶显微组织的金相照片作为研究对象,基于Matlab软件平台,自行开发了图像处理及多重分形分析程序,实现了从材料组织结构形貌图像上提取其相应的概率测度和标度指数的功能,并计算了多重分形谱.结果表明,在当前的观测尺度范围内,Ti-15-3合金热变形固溶再结晶显微组织具有多重分形特征.且随着再结晶晶粒尺寸的增大和形变晶粒尺寸的减小,多重分形谱宽△α减小,表明显微组织分布越均匀.另外,在再结晶晶粒尺寸相差不大时,随着再结晶百分数的增大,最大最小概率子集维数的差值△f增加,再结晶晶粒为主导分布,显微组织更为细化均匀.这些研究为材料组织结构的定量表征提供了新的思路.     

套筒类7A04铝合金挤压成形金属流动规律研究

根据等温压缩实验得出7A04铝合金应力一应变数据，拟合出材料温成形应力一应变曲线。应用有限元法模拟7A04铝合金管材的挤压成形，着重探讨7A04铝合金挤压成形过程中，温度、速度等因素对金属流动的影响．为套筒类零件挤压成形工艺提供科学的依据。     

Microstructure evolution model based on deformation mechanism of titanium alloy in hot forming

The microstructure evolution in hot forming will affect the mechanical properties of the formed product. However, the microstructure is sensitive to the process variables in deformation process of metals and alloys. A microstructure evolution model of a titanium alloy in hot forming, which included dislocation density rate and primary a phase grain size, was presented according to the deformation mechanism and driving forces, in which the effect of the dislocation density rate on the grain growth was studied firstly. Applying the model to the high temperature deformation process of a TC6 alloy with deformation temperature of 1 133 - 1 223 K, strain rate of 0.01 -50 s^-1 and height reduction of 30%, 40% and 50%, the material constants in the present model were calculated by the genetic algorithm（GA） based objective optimization techniques. The calculated results of a TC6 alloy are in good agreement with the experimental ones.     

Evolution of microstructure and mechanical properties of A356 aluminium alloy processed by hot spinning process

The evolution of microstructure and mechanical properties of A356 aluminum alloy subjected to hot spinning process has been investigated.The results indicated that the deformation process homogenized microstructure and improved mechanical properties of the A356 aluminum alloy.During the hot spinning process,eutectic Si particles and Fe-rich phases were fragmented,and porosities were eliminated.In addition,recrystallization of Al matrix and precipitation of AlSiTi phases occurred.The mechanical property testing results indicated that there was a significant increase of ductility and a decrease of average microhardness in deformed alloy over die-cast alloy.This is attributed to uniform distribution of finer spherical eutectic Si particles,the elimination of casting defects and to the recrystallized finer grain structure.     

2195铝锂合金的热变形行为

在Gleeble-1500热模拟机上实施热压缩试验,研究2195铝锂合金在变形温度360~500 ℃,应变速率0.1~10 s^-1时的热变形行为,并通过OM和EBSD研究了热变形中微观组织的演变。基于动态材料模型理论及Zener-Holloman参数,构建了2195铝锂合金的应变量为50%时的加工图及本构方程。结果表明,流变应力随变形温度降低或者应变速率的增加而提高,高温软化机制包括动态回复与动态再结晶。利用加工图及显微组织分析确定了试验参数范围内热变形过程的最佳工艺参数为480 ℃/10 s^-1;发现失稳区形变组织和再结晶组织呈层状交替分布,且随着变形温度降低,形变组织层厚度增加;稳定区的微观组织具有明显的动态再结晶特征,形变组织基本消失。