元胞自动机方法对动态再结晶过程的模拟

建立了模拟多晶金属材料动态再结晶过程的二维元胞自动机模型,模型考虑了动态回复、位错密度及形核率等因素对动态再结晶的影响。利用这个模型可以得到整个形变过程的位错密度变化,晶粒形态及晶粒的取向和大小,模拟结果与动态再结晶生长动力学理论符合较好,并证实了动态再结晶的平均晶粒尺寸与初始晶粒的分布和大小无关的结论。     

动态再结晶过程的元胞自动机模拟

结合金属热加工过程的冶金学原理,基于非均匀分布的位错密度场,建立了动态再结晶二维元胞自动机模型(Cellular Automaton),并对不同应变速率和不同变形温度条件下的动态再结晶过程进行了模拟。结果表明:动态再结晶存在明显的孕育期;再结晶晶核优先在晶界处产生;提高变形温度或者降低应变速率均能促进动态再结晶的进行。     

纯镍动态再结晶过程的元胞自动机模型

将冶金学基本原理与元胞自动机方法相结合,建立了动态再结晶过程微观组织演变的实时计算模型。模型考虑到时间因素的影响,时间步长Δt定义为元胞尺寸与最大晶界移动速率的比值,每一时间步内每个元胞的位错密度随应变按一定规律增长。结果表明,利用此模型可以很好地模拟大应变速率下的动态再结晶过程微观组织变化,并能预测再结晶晶粒大小和热加工过程应力随应变的变化。     

动态再结晶过程的三维元胞自动机模拟

建立了一类模拟金属材料动态再结晶的三维元胞自动机模型,该模型把宏观尺度的热加工参数和介观尺度的位错密度变化耦合在一起,考虑了动态回复、形核率、应变和初始晶粒尺寸的影响.利用这个模型可以追踪动态再结晶过程微观组织的变化,并且可以得到再结晶晶粒形态及晶粒的取向和大小.模拟结果与动态再结晶生长动力学理论符合较好.模型预测的再结晶微观组织及晶相形状和试验微结构吻合较好.     

搅拌摩擦焊搅拌区动态再结晶的数值模拟

采用元胞自动机方法,结合搅拌区微观组织的成型机理,建立了搅拌区的二维动态再结晶模型.模型综合考虑了动态回复、应变速率等的影响,并将微观变量位错密度与宏观加工参数应变速率之间建立了联系.模拟得到的搅拌区内部组织晶粒的最终分布及平均晶粒尺寸与实际结果基本符合.为通过工艺参数控制改善焊接件组织性能提供可靠依据.     

Cr8钢动态再结晶行为及元胞自动机模拟

为了实现对Cr8钢热变形过程中微观组织的预测及控制,采用Gleeble-1500D热模拟试验机对Cr8钢进行了热压缩试验,研究了Cr8钢在变形温度为900～1200℃、应变速率为0.005～5 s~(-1)条件下的动态再结晶行为。基于试验数据,通过计算得到了Cr8钢的再结晶热激活能,建立了Cr8钢的动态再结晶元胞自动机模型并采用该模型模拟了Cr8钢动态再结晶过程。结果表明:Cr8钢峰值应力随着变形温度降低、应变速率增大而增加;经过试验验证,所建立的元胞自动机模型模拟的流变应力曲线、微观组织形貌及平均晶粒尺寸均具有较高的精度;Cr8钢动态再结晶百分数随着应变的增加而增加,且变形温度越高,发生动态再结晶的孕育期越短。     

基于CA法对叶片成形中动态再结晶的模拟研究

对汽轮机叶片模锻成形过程进行三维数值模拟试验研究,获得应力、应变、应变速率、温度分布等信息.采用一类动态再结晶二维元胞自动机模型,模拟了加工硬化、动态回复、形核及再结晶晶粒长大等一系列过程,可以得到变形过程中位错密度的变化,晶粒形态及晶粒的取向和大小,并分析了不同应变和温度下微观组织的演变.模拟结果与动态再结晶生长动力学理论吻合较好.     

金属材料动态再结晶建模与模拟研究进展

金属及合金的动态再结晶过程一直以来是热加工领域的研究热点。文章综述了不连续动态再结晶、连续动态再结晶和几何动态再结晶等再结晶方式的物理演化机制和发生条件,并讨论了内变量法、元胞自动机法等模拟方法在金属材料再结晶领域的研究现状及发展前景。     

HPS485wf钢动态再结晶的元胞自动机仿真

为了探讨钢的动态再结晶行为的虚拟实验可行性,基于CA方法、相关理论和热模拟实验,创建了一个二维动态再结晶模型,据此完成了不同热压缩变形条件下HPS485wf钢的动态再结晶过程仿真,并且结合热模拟实验结果和动态再结晶理论进行了分析。结果表明,该钢的动态再结晶演变规律不仅与实验结果和动态再结晶经典理论相同,而且展现了多轮次动态再结晶共存现象和单峰型应力-应变曲线的特征;所建模型的微观组织演变、再结晶面积分数曲线、平均晶粒尺寸曲线和应力-应变曲线的模拟精度较高。     

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。     

一种确定动态再结晶瞬态形核率的模拟方法

为了改善动态再结晶恒形核率模型的模拟精度,基于动态再结晶模拟理论和闭环控制原理,提出了一种采用实验与模拟的流变应力差的闭环控制和黄金搜索法来确定真实瞬态形核率的方法,通过HPS485wf钢动态再结晶过程的元胞自动机仿真研究检验了它的合理性和应用效果。结果表明,这一方法合理、可行,可有效确定瞬态形核率,使得动态再结晶流变应力的模拟精度及其稳定性显著改善,并有益于提高其面积分数的模拟精度。     

纯铜动态再结晶过程的元胞自动机模拟

基于热加工过程金属学原理,建立了一类改进动态再结晶二维元胞自动机模型,模拟了加工硬化,动态回复、形核及再结晶晶粒长大等一系列过程.利用该模型可得到整个热加工过程流变应力变化,晶粒的形态、晶粒取向及大小.流变应力的大小可由基体与再结晶晶粒位错密度的平均值计算.采用该模型对不同应变,应变率及温度下纯铜动态再结晶过程进行了模拟,模拟结果与相同热变形条件下纯铜实验结果吻合较好.     

元胞自动机在研究模锻叶片动态再结晶中的应用

利用元胞自动机模型研究金属热成形过程中动态回复与再结晶现象,是目前业界关注的热点之一。文章介绍了元胞自动机模型的理论基础和工作原理,并根据叶片模锻成形的特点,综合考虑应变速率、变形温度对再结晶形核率与平均晶粒尺寸,以及终锻冷却对叶片锻件最终组织的影响,在DEFORM-3D平台上,成功地仿真了叶片模锻过程中的微观组织演变,得到了同经典理论分析和物理实验结果吻合较好的动态再结晶动力学特征。     

SA508-3钢动态再结晶过程的相场模拟

采用多相场(Multi-phase-field,MPF)模型模拟动态再结晶晶粒的生长过程,并用Kocks-Mecking(KM)方程模拟其力学行为。用热力模拟机对SA508-3钢进行了不同温度和应变速率下的热压缩试验,从热压缩流动应力-应变曲线中提取SA508-3钢动态再结晶特征参数并用于计算动态再结晶模型参数。利用所得参数对SA508-3钢的动态再结晶过程进行了多相场模拟,预测了热塑性变形过程中的组织演变和真应力-真应变曲线,与试验结果吻合较好。试验和数值结果均表明,流动应力随应变速率的增大及变形温度的降低而增大。本文的方法可用于研究其它材料的动态再结晶行为,为优化热锻工艺提供指导。     

电塑性摩擦焊接过程的动态再结晶数值模拟

摩擦焊过程中界面的塑性变形是摩擦焊的核心，中以宇航工程常用的构件材料LY12合金为研究对象，建立了电场条件下棒状试件摩擦焊的热力耦合塑性成形有限元分析模型，获得了焊接过程中焊接界面处材料的温度场、应变场、应力场、电场强度等物理参量场，并应用Yada模型建立了LY12合金摩擦焊接过程显微组织的演化模型，计算了摩擦焊接过程动态再结晶区的分布及再结晶区晶粒的尺寸，并分析研究了上述场变量对电场条件下连续驱动摩擦焊成形工艺及成形件质量的影响。     

热变形条件对P92钢动态再结晶组织及机制的影响

采用Gleeble-1500D热力模拟压缩试验机,研究P92锻态料在温度900℃～1300℃、应变速率0.5s-1～25s-1、变形程度50%条件下的热变形行为,分析热变形参数对应力-应变曲线、动态再结晶组织演变规律和机制的影响,获得了动态再结晶分数和动态再结晶晶粒尺寸。结果表明,P92钢动态软化机制有动态回复、不连续动态再结晶和几何动态再结晶3种方式。动态再结晶分数随温度的升高而增大,且随着应变速率的增大,发生不连续动态再结晶的温度范围扩大。采用提高热变形温度和高应变速率的改进工艺,可获得P92钢优良的组织和性能。     

应变速率对AZ61镁合金动态再结晶行为的影响

采用光学显微镜、SEM/EBSD和组织定量分析技术研究AZ61镁合金在623 K、3×10-5~3×10-1 s-1下单向压缩时变形和动态再结晶行为。结果表明:AZ61镁合金的流变应力和动态再结晶行为强烈地受到应变速率的影响;随着应变速率的提高,稳态流变应力对应变速率的敏感性逐渐减弱,而峰值应力对应变速率的敏感性却呈先减弱后又显著增强的趋势。提高应变速率可加快动态再结晶进程,但高速变形初期产生更多的粗大{1012}孪晶,不利于完全再结晶而导致稳态时的再结晶体积分数反而较低;在中低应变速率下动态再结晶以晶界弓出形核为主,而在高应变速率下则主要通过孪晶分割来进行;由应变速率引起变形机制的变化是导致不同动态再结晶行为的原因。     

7050铝合金动态再结晶的数值模拟和EBSD分析

结合DEFORM-3D软件和EBSD技术对7050铝合金热压缩变形进行分析,讨论应变速率对动态再结晶体积分数和晶粒尺寸的影响。结果表明,柱形试样的动态再结晶体积分数和晶粒尺寸分布不均匀;随应变速率的增加,端面难变形区的动态再结晶体积分数增加而再结晶晶粒尺寸减小,并且模拟结果与EBSD分析结果相一致。