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。     

基于元胞自动机AZ31镁合金微观组织模型

以AZ31镁合金在热压缩过程中微观组织演变为基础,结合元胞自动机模型(CA),建立了镁合金变形过程中再结晶晶粒尺寸模型和动态再结晶百分数模型。通过对铸态AZ31镁合金在不同变形条件下的热压缩实验,推导出镁合金的位错密度模型、临界位错密度模型、形核率模型和晶粒长大模型。结合元胞自动机具体演变规则,建立元胞自动机模型,并利用应力应变曲线及晶粒大小验证元胞自动机的模拟结果,验证该模型的准确性,结合实验数据和JMAK理论,推导出再结晶晶粒尺寸模型和动态再结晶百分数模型。借助DEFORM-3D分析软件得到镁合金在变形过程中,晶粒尺寸分布的变化情况以及动态再结晶百分数分布的变化情况。     

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L-J位错密度模型及CA法的45Cr4NiMoV合金动态再结晶行为北大核心CSCD

基于热压缩实验得到的数据,获得了45Cr4NiMoV合金在改进的Laasraoui-Jonas(L-J)位错密度模型中的应变软化参数及应变硬化参数,建立了45Cr4NiMoV合金的动态再结晶模型。采用元胞自动机(CA)方法,应用DEFORM-3D软件对45Cr4NiMoV合金热成形过程中的动态再结晶行为进行有限元分析,并与实验得到的微观组织进行对比。结果表明:当应变速率及变形量一定时,较高的变形温度促使45Cr4NiMoV合金位错及晶界迁移运动加剧,其动态再结晶晶粒尺寸随着变形温度的升高而增大,模拟结果与实验结果较为吻合,验证了所建立的L-J位错密度模型的合理性,说明修正的L-J位错密度模型结合CA能准确预测45Cr4NiMoV合金的动态再结晶微观组织演变过程。     

粗晶GH4720Li合金热变形行为与动态再结晶特点

为了模拟难变形镍基高温合金GH4720Li开坯锻造过程,采用Gleeble-3800热模拟试验机研究经均匀化处理的GH4720Li铸锭高温压缩变形时的力学流动行为,分析高温变形过程中微观组织演化规律。结果表明,GH4720Li合金在1100℃,0.1 s-1条件下应力水平达到250 MPa,且应力对热变形温度和应变速率敏感,动态再结晶是主要的软化机制。粗晶组织提高了合金动态再结晶临界变形温度和应变速率,如在变形量为60%,变形条件为1140℃,0.001 s-1和1180℃,0.001s-1才能发生完全动态再结晶。计算的粗晶GH4720Li合金热变形激活能Q=1171kJ/mol,较高的热变形激活能表明粗晶组织不利于热塑性变形和动态再结晶的发生。基于本研究,铸态GH4720Li合金开坯温度应高于1140℃,同时保证较低的应变速率,以确保动态再结晶的充分发生,实现枝晶组织破碎。     

采用元胞自动机结合Laasraoui-Jonas位错密度模型模拟AZ31镁合金的动态再结晶行为

采用元胞自动机结合Laasraoui?Jonas 位错密度模型(LJ模型)模拟AZ31镁合金在动态再结晶过程中的位错密度和微观组织演化。LJ模型中的硬化参数、回复参数和应变速率灵敏系数决定模拟的准确性。在目前的研究中,基于 LJ 模型和 Kocks?Mecking 模型(KM 模型)求解硬化参数;采用动态再结晶中的稳态应力公式求解回复参数和应变速率灵敏系数。结果表明：模拟结果与实验结果一致。     

GCr15钢双道次热变形过程的元胞自动机模拟

建立了一类双道次热变形过程的二维元胞自动机模型。模型综合考虑了热变形过程涉及的动态再结晶、静态回复、静态再结晶、亚动态再结晶和晶粒长大等单个的物理现象。利用模型对GCr15钢的双道次热压缩过程进行了模拟,讨论了变形温度、应变速率、初始晶粒尺寸、第一道次变形量以及道次间隔时间对微观组织演变、流变应力行为和再结晶动力学的影响。将模拟结果和已获得的实验结果进行比较,吻合较好。     

ZK60镁合金热变形过程中的动态再结晶动力学

采用Gleeble-1500热模拟机对ZK60镁合金在温度为200～400℃、应变速率为0.001～10s-1、最大变形量为60%的条件下进行恒应变速率高温压缩实验,研究高温变形过程中合金的动态再结晶行为;采用EM模型描述合金的动态回复曲线,以此为基础,得出ZK60合金热压缩过程中的动态再结晶动力学Avrami方程.利用有限元模拟合金热压缩过程中的动态再结晶.结果表明ZK60合金热压缩过程中由于存在动态再结晶的软化作用,流变应力达到峰值后逐渐减小,并最终达到稳态;随着变形量的增加和变形温度的升高,动态再结晶体积分数增加,合金变形更加均匀;随着应变速率的增加,动态再结晶分数有所减小,且.变形也更不均匀.     

700℃超超临界转子用镍基617合金的动态再结晶行为

用Gleeble-3500热模拟机对镍基617合金进行等温热压缩试验,获得了不同变形条件下该合金的真应力-真应变曲线,并对压缩试样的微观组织进行分析。通过对试验数据的计算,得到了镍基617合金的动态再结晶激活能和本构关系方程;建立了动态再结晶图,获得了镍基617合金发生动态再结晶所需的临界变形量与Z参数的关系。结果表明,变形参数对镍基617合金热变形后的显微组织具有重要影响,较高的变形温度和较低的应变速率有利于动态再结晶的发生。     

Incoloy825高温合金热变形行为及动态再结晶模型

采用Gleeble-3800热模拟试验机，对Incoloy825高温合金在应变为0.92、温度为950～1150℃和应变速率为0.001～1 s^-1条件下进行单道次压缩试验。依据真应力-真应变曲线建立了动态再结晶临界方程和动态再结晶动力学模型。结果表明，Incoloy825高温合金热变形对温度和应变速率较为敏感，真应力-真应变曲线整体满足硬化-软化-稳态的流变过程，动态再结晶是Incoloy 825高温合金材料的主要软化机制。在热变形过程中，动态再结晶临界应变随变形温度的升高和应变速率的降低呈减小趋势。对动态再结晶动力学模型进行分析发现，动态再结晶百分含量随变形温度的升高和应变速率的降低而增大，表明高变形温度和低应变速率对动态再结晶具有促进作用。     

Optimization of deformation parameters of dynamic recrystallization for 7055 aluminum alloy by cellular automaton

In order to simulate the microstructure evolution during hot compressive deformation, models of dynamic recrystallization (DRX) by cellular automaton (CA) method for 7055 aluminum alloy were established. The hot compression tests were conducted to obtain material constants, and models of dislocation density, nucleation rate and recrystallized grain growth were fitted by least square method. The effects of strain, strain rate, deformation temperature and initial grain size on microstructure variation were studied. The results show that the DRX plays a vital role in grain refinement in hot deformation. Large strain, high temperature and small strain rate are beneficial to grain refinement. The stable size of recrystallized grain is not concerned with initial grain size, but depends on strain rate and temperature. Kinetic characteristic of DRX process was analyzed. By comparison of simulated and experimental flow stress–strain curves and metallographs, it is found that the established CA models can accurately predict the microstructure evolution of 7055 aluminum alloy during hot compressive deformation.     

热等静压态FGH96合金的热压缩变形行为和微观组织演化(英文)

通过热压缩实验研究热等静压态FGH96合金的热变形行为和微观组织演化过程。基于Gleeble-1500,在1000~1150°C和0.001~1.0s-1的条件下进行热压缩实验。对应力—应变数据进行拟合分析,建立FGH96合金的双曲正弦函数形式的本构关系,其形变热激活能为693.21kJ/mol。对各变形条件下的FGH96合金的组织分析表明:在1100°C以上和以下分别发生完全和部分动态再结晶,在高变形温度和低应变速率条件下动态再结晶更容易发生。建立FGH96合金在热加工过程中的动态再结晶的动力学方程和晶粒尺寸演化方程。     

C276合金的热变形行为(英文)

采用万能材料试验机,研究C276高温合金在变形温度650～750°C、变形速度0.35～35mm/s条件下的高温拉伸变形行为,分析了变形温度、变形速率对 C276 合金变形行为的作用及影响规律。结果表明:变形温度和变形速率对合金流变应力有显著影响,流变应力随着变形温度的升高而降低,随着变形速率的提高而增大。在温度为700°C、应变速率为0.35mm/s和3.5mm/s时,曲线呈现出明显的稳态流变应力特征,合金变形机制以动态回复为主;在温度为 750 °C时,随着应变量的增加,合金内发生动态再结晶。利用Zener-Hollomon参数建立了C276合金的变形抗力模型, 求得变形激活能为327.66kJ/mol。     

Hot deformation behavior of Hastelly C276 superalloy

Hot tensile behavior of C276 superalloy was studied in the deformation temperature range of 650–750 °C with the strain rate range of 0.35–35 mm/s. The results show that deformation temperature and strain rate both have significant influence on the flow stress. The flow stress decreases with the increase of deformation temperature, while increases with the increase of strain rate. The deformation of C276 superalloy exhibits dynamic recovery feature in the case of deformation temperature of 700 °C. However, when the deformation temperature increases to 750 °C, dynamic recrystallization behavior may occur. The flow stress of C276 alloy during hot deformation process can be characterized by Zener-Hollomon parameter including the Arrhenius term and the deformation activation energy is 327.66 kJ/mol. Therefore, a scientific basis is provided for the reasonable choice of processing parameters of C276 superalloy.     

终锻温度对GH4738高温合金热变形行为的影响

采用非持续加热方式设计非等温热模拟压缩实验,模拟不同终锻温度条件下GH4738高温合金的热变形行为,并结合组织观察分析终锻温度对GH4738合金组织均匀性以及后续热处理过程组织遗传性的影响规律。研究结果表明,在相同始锻温度条件下,终锻温度过低会抑制GH4738合金热变形过程中动态再结晶的发生,从组织上表现为再结晶程度较低,从流变曲线上表现为变形抗力明显升高;并且由于终锻温度过低所导致的不充分再结晶组织,在后续热处理过程中易发展为混晶组织,从而影响合金的组织均匀性。为保证锻件组织均匀性,在制备过程中应合理控制终锻温度。     

60NiTi合金的热压缩变形与显微组织演变（英文）

采用Gleeble-3500热模拟试验机对在变形温度500～650℃和应变速率0.001～1 s^-1条件下的60NiTi合金进行热压缩变形,分析其热变形行为和显微组织,建立变形本构模型,绘制热加工图。结果表明,当压缩温度升高或应变速率降低时,峰值应力减小。合金的热变形激活能为327.89 k J/mol,热加工工艺参数为变形温度600～650℃和应变速率0.005～0.05 s^-1。当变形温度升高时,合金的再结晶程度增大;当应变速率增大时,位错密度和孪晶数量增大,Ni₃Ti相易于聚集;Ni₃Ti析出相有利于诱发合金基体的动态再结晶。动态回复、动态再结晶和孪生是60NiTi合金热变形的主要机制。     

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。     

AerMet100超高强钢在热加工过程中的动态再结晶模型研究

为了准确预测AerMet100超高强钢在热加工过程中的微观组织演变,通过系列等温热压缩试验分析了合金在温度为800~1040℃、应变速率为0.01~10s-1、变形量为15~60%的热变形行为,并建立了动态再结晶(DRX)体积分数和晶粒尺寸的DRX模型。通过计算获得了AerMet100钢本构模型中的Zener-Hollomon参数,用于建立DRX模型。通过建立的DRX模型定量预测了热变形参数对合金微观组织演变的影响,结合微观组织观察发现,高温低应变速率和较大的变形程度有利于DRX充分发生,使组织细化和均匀化。模型预测结果与实验结果吻合较好,验证了所建立的DRX模型的准确性。结果表明,建立的DRX模型可以定量预测AerMet100钢在不同变形参数下进行热加工时的微观组织演变规律。