焊接接头微观组织模拟方法研究进展

对近年来计算机技术在焊接接头微观组织模板方面的研究进展做了较全面的评述，重点介绍了国内外利用蒙特卡罗模拟方法和元胞自动机法模拟焊接接头微观组织晶粒长大所取得的成果，并且提出了目前研究中存在的问题及其今后的主要发展方向。     

基于元胞自动机法模拟凝固过程微观组织的研究进展

元胞自动机法是一种模拟金属凝固过程微观组织的有效方法,是目前的研究热点,具有广阔的应用前景。对比了元胞自动机法与通常所用相场法的区别,综述了近年来用元胞自动机法模拟合金凝固微观组织的国内外研究现状,分析了当前急待解决的主要问题,并指出了今后的发展方向。     

金属成形过程组织演变的CellularAutomaton模拟技术

结合金属凝固过程的热成形过程的温度场,浓度场,应力应变场等的数值模拟和结晶,再结晶过程中的热力学,动力学条件,建立了金属成形过程组织演变的宏－微观耦合模型,利用ＣｅｌｌｕｌａｒＡｕｔｏｍａｔｏｎ方法。依据建立的模型对Ｋ４１７Ｎｉ基合金叶片的凝固组织形成过程呼热加工过程的再结晶组织进行了模拟。     

静态再结晶过程的元胞自动机模拟（I）——微观组织演化和动力学研究

采用正六边形网格划分法、最近邻邻居关系及周期性边界条件的二维元胞自动机（CA）法,建立了热加工过程中静态再结晶的微观组织演化模型。在此基础上分析了形变组织和微观结构的演化,以及再结晶动力学和储存能的变化情况。结果表明：变形程度越大,形变组织的晶粒形态越偏离等轴状。模型可动态的再现再结晶过程中的微观组织演变,晶粒形态、晶粒尺寸符合静态再结晶基本规律。模拟得到的动力学符合JMAK理论。Avrami曲线的斜率在2．5左右。随着变形程度的增加,储存能降低的速度加快,完成静态再结晶所需的时间缩短。此规律满足能量降低准则。充分表明本模型能够较好的模拟静态再结晶过程。     

静态再结晶过程的元胞自动机模拟(Ⅰ)——微观组织演化和动力学研究

采用正六边形网格划分法、最近邻邻居关系及周期性边界条件的二维元胞自动机(CA)法,建立了热加工过程中静态再结晶的微观组织演化模型。在此基础上分析了形变组织和微观结构的演化,以及再结晶动力学和储存能的变化情况。结果表明:变形程度越大,形变组织的晶粒形态越偏离等轴状。模型可动态的再现再结晶过程中的微观组织演变,晶粒形态、晶粒尺寸符合静态再结晶基本规律。模拟得到的动力学符合JMAK理论。Avrami曲线的斜率在2.5左右。随着变形程度的增加,储存能降低的速度加快,完成静态再结晶所需的时间缩短。此规律满足能量降低准则。充分表明本模型能够较好的模拟静态再结晶过程。     

焊接热影响区晶粒长大过程的微观组织模拟

利用蒙特卡罗方法(MC)结合焊接工艺试验，模拟了单相合金焊接热影响区(HAZ)的晶粒长大过程。文中首先应用试验方法确定了材料的晶粒长大动力学方程，在不同峰值温度和冷却速度等热输入的情况下，模拟结果再现了晶粒长大的动态过程，并体现出热钉扎效应。得出了与焊接实际过程相一致的模拟结果。为以后进行三维焊接热影响区晶粒长大模拟奠定了可靠的基础。     

焊接过程组织演变——模拟焊接热影响区晶粒长大

基于晶粒正常长大过程中的能量和曲率因素,建立了晶粒正常长大能量一曲率驱动元胞自动机二维模型.该模型能正确反映晶粒正常生长过程中平均晶粒尺寸大小与时间、晶粒生长速率与温度、晶粒生长速度与曲率等关系,以及晶粒尺寸分布时间不变性等重要规律.同时,通过建立元胞自动机时间(tCAS)与现实时间的转换关系,实现了能量一曲率驱动元胞自动机在现实时间尺度上对焊接热影响区晶粒长大过程的模拟.结果表明,模拟结果符合焊接热影响区理论晶粒分布规律.     

电阻点焊熔核微观组织模拟

基于有限差分思想建立了电阻点焊的三维宏观传热模型,并在此模型基础上通过进一步细化网格差分得到枝晶形核和生长所需的温度信息.基于元胞自动机方法建立枝晶形核和生长的微观模型,将已建立的宏观温度场模型和微观元胞自动机模型互相耦合起来,建立了电阻点焊熔核微观组织模拟的宏微观耦合模型.利用耦合模型模拟了5754铝合金电阻点焊一定参数下熔核的微观组织形成过程,所得的模拟结果为"柱状+等轴"晶组织,与试验结果吻合较好.     

工业纯铝焊接热影响区微观组织模拟

将蒙特卡罗(MC)技术引入到晶粒生长模拟中，结合焊接工艺和热模拟试验，模拟了单相合金焊接热影响区(HAZ)晶粒生长过程。首先应用实验和统计学的方法确定了材料晶粒生长的动力学模型，然后计算了焊接热循环，同时基于蒙特卡罗技术编制了模拟程序。最后在不同焊接热输入情况下，模拟了晶粒生长过程。模拟结果动态演示了晶粒生长过程，并且体现了焊接热钉扎效应。模拟得出数据与试验结果非常接近，为评定焊接工艺和材料可焊性提供了依据。     

基于金属热成形过程的晶粒粗化现象数值模拟

晶粒粗化是发生在材料热成形过程中的一种典型的组织演变现象.晶粒粗化可以显著影响材料的力学性能及后续变形特性.采用元胞自动机算法(Cellular Automaton,CA)模拟了晶粒粗化现象,模拟了晶粒粗化过程中粗化动力学、拓扑学及形态学的演化,并研究了温度及时间对粗化过程的影响.模拟结果显示,晶粒的粗化指数为0.5;在粗化过程中,六边形的晶粒占的比例最大,其次为五边形和七边形,而晶粒边数为3或10的晶粒所占比例很低,约为5％左右;组织形态演化表明,随着保温时间的增加或温度的升高,晶粒平均尺寸增大.模拟结果与相关文献中的结论相同.     

Numerical simulation of heat-affected zone microstructure in GMAW

The grain size in the heat-affected zone (HAZ) of workpieces is an important factor for evaluating the welding quality. The Monte Carlo technique of grain growth in the heat-affected zone of alloy is widely used. A finite element model (FEM) was employed to simulate the temperature field of gas metal arc welding (GMAW) ; the data of thermal cycles were used in the Monte Carlo model to calculate the grain sizes in different welding heat inputs. The equation for the relationship between Monte Carlo Step and real time has been estimated using regression analysis. Then mathematics model of the grain growth could be worked out by both the kinetic model and the Monte Carlo model. The dynamic process of grain growth was simulated by the result of the Monte Carlo model. The experimental result was used to prove the validity of this method in simulating of microstructure.     

法兰轴热锻过程中的微观组织演变的数值模拟

阐述了金属材料塑性加工中微观组织演变数值模拟的重要性。重点介绍了金属热锻过程中材料微观组织演变的机理和数学模型。完成了金属材料热变形过程中再结晶动力学与晶粒长大模型研究,编制用户子程序并嵌入到DEFORM-TM程序中。通过法兰轴的热锻过程中微观组织演变的实例,有效地验证了程序的可行性,对金属热锻过程微观组织预测有一定的指导作用。     

焊接热影响区微观结构演化的蒙特卡罗计算机模拟方法

焊接热影响区是影响焊接性能的主要区域。焊接热影响区的晶粒长大常常导致焊接热影响区成为性能薄弱的环节，对焊接热影响区晶粒长大的研究一直是焊接接头的重要研究课题。焊接热影响区微观结构演化与诸多因素密切相关，是一个复杂的过程。运用适当的计算机方法进行模拟，完成对晶粒生长的完全预测，具有重要的意义，可以为优化焊接工艺参数，提高焊接质量提供依据。在此对在模拟焊接热影响区微观结构的演化时采用的基本方法进行综述。     

初始晶粒度对GH720Li合金等温热变形组织演变的影响

对3种不同初始晶粒度的锻态GH720Li合金的等温热变形组织演变行为进行研究。结果表明,细于ASTM 6.5级的晶粒度是最终获得均匀细小热变形晶粒组织的关键临界初始组织条件,而初始ASTM 10级以上晶粒度合金具有较宽的热加工窗口。初始晶粒度对流变行为的影响非常明显,晶粒组织越粗大,合金的流变抗力越大。初始ASTM3级合金热变形时不连续和连续动态再结晶都发挥重要作用,初始ASTM 6.5级合金热变形时以不连续动态再结晶为主,初始ASTM 10级合金热变形时除了动态再结晶,超塑性变形机制也起重要作用。进一步确定了初始ASTM 6.5和ASTM 10级晶粒度的合金获得均匀细晶组织的热加工区间。     

NdFeB合金粉末脱氢-再结合过程组织演变和晶粒生长的Monte Carlo模拟(英文)

基于歧化态NdFeB合金粉末脱氢-再结合相变过程中晶粒长大的机理,建立MC物理模型,实现了在不同脱氢-再结合处理温度下,再结合Nd2Fe14B相的晶粒生长过程结构演化的计算机模拟,以及晶粒生长动力学的研究。分析表明:该模型能较好地模拟脱氢-再结合过程的晶粒生长过程,并且在模拟时间区间内,平均晶粒生长指数n≈0.8,高于标准值0.5。     

单一晶粒长大过程的元胞自动机模拟

基于Moore型邻居及其相关转换准则的元胞自动机,分别对与多个晶粒相邻的单一正四边形、六边形、八边形小晶粒在晶粒长大过程中的形态变化进行模拟。结果表明：单一小晶粒形态变化规律与总体晶粒形态变化规律一致,即随着晶粒长大过程的延长,晶界边数大于6的晶粒会不断长大且边数趋于6;晶界边数小于6的晶粒则不断变小直至消失。所用模型具有较好的物理机制,可以模拟材料晶粒长大过程。     

辊锻三维变形过程的数值模拟研究

利用商品化软件Deform3D建立了辊锻变形过程的刚粘塑性有限元系统模型 ,对圆 -椭圆 -圆型槽系中的辊锻变形过程进行了三维数值模拟 ,研究了辊锻三维变形过程中材料的流动速度场、应力应变场的特征及其动态演化过程 ,讨论了不同变形参数对应力应变的影响。     

金属高温塑性成形微观组织演变研究进展

金属在热加工过程中微观组织发生动态、静态回复以及再结晶、晶粒长大等一系列复杂的演化,材料内部微观结构的改变,会直接影响成形后金属的成形质量和力学性能。文章阐述了金属高温塑性成形时微观组织预测模拟的主要研究方法,即直接模拟法、相场法和有限元法;并分别评述了各方法目前在国内外的研究概况、特点以及缺点和适用范围;重点介绍了基于物理本质多尺度耦合的微观组织内变量有限元模型方法。研究结果表明,基于内变量法的微观组织物理模型相对其他方法,最适合用于多尺度微观组织预测数值模拟,模拟结果与实际更为相符,而且最能解释说明各变量演变的物理机制,具有广阔的应用前景。     

焊接熔池凝固过程组织演变模拟

以枝晶生长动力学和晶粒生长能量最小原理为基础,建立了宏观传热与微观传质、形核、生长相耦合的焊接熔池CAMC晶粒生长二维数学模型.模型以CA方法模拟晶粒生长主干,MC在内部辅助晶粒生长以体现枝晶分枝机制,同时考虑非均匀形核对熔池结晶的影响因素,模拟了焊接熔池组织形成过程.结果表明,CAMC模型能够定量地描述熔池晶粒数目、尺寸和形貌演变,可以较准确地反映焊接熔池微观组织结构和熔池凝固过程中晶粒择优生长、柱状晶向等轴晶转换等物理机制.     

Flow behavior and microstructure evolution of TB8 alloy during hot deformation process

Hot compression tests of metastable β titanium alloy TB8 were carled out using a Gleeble-1500 thermal simulation testing machine in the temperature range of 750-1 100 ℃, at constant strain rate from 0.01 s^-1 to l S^-1 and with height direction reduction of 60%. Flow stress behavior and microstructure evolution during hot compression of TB8 alloy were investigated. The hyperbolic-sine-type constitutive model of TB8 alloy was obtained to provide basic data for determining reasonable forming process. The results indicate that hot deformation behavior of TB8 alloy is highly sensitive to the temperature and strain rate. An analysis of the flow stress dependence on strain rate and temperature gives a stress exponent of n=3.416 19 and a deformation activation energy of Ω=227.074 4 kJ/mol. According to the deformation microstructure, no dynamic recrystallization happens below r-phase transus temperature and as a result dynamic recovery is the predominant softening mechanism. On the other hand, the main softening mechanism is characterized as dynamic recrystallization at a slow strain rate above r-phase transus temperature.