基于元胞自动机法的7055铝合金动态再结晶模拟研究

利用等温热压缩实验建立了7055铝合金的流变应力、位错密度、形核率以及晶粒长大模型,并基于元胞自动机(CA)法模拟研究了7055铝合金在变形温度300~450℃,应变速率0.01~10 s~(-1),真实应变0.7条件下的微观组织演变。结果显示,高温、高应变速率有利于动态再结晶的形核;而高温、低应变速率有利于动态再结晶的充分进行,并能降低微观组织的平均晶粒尺寸,提升材料的组织均匀性。通过CA法模拟获得的流变应力曲线与实验值吻合较好。     

变形工艺对7055铝合金多道次热压缩组织的影响

采用Gleeble-1500D热力模拟试验机分别对7055铝合金在不同温度和应变速率下进行多道次热模拟压缩试验,利用OM分析合金在不同温度和应变速率条件下热压缩的组织特征,研究了热变形工艺参数对7055铝合金热变形组织的影响。试验结果表明,随热变形温度的增加,7055铝合金在多道次热压缩过程中合金回复和再结晶程度更大,原始晶粒的长宽比降低,再结晶晶粒尺寸增加。随着应变速率的增加,7055铝合金在多道次热压缩过程中合金回复和再结晶程度降低,原始晶粒的长宽比增加,原始晶粒内部的亚结构发展得更加丰富,再结晶晶粒尺寸减小。     

热变形条件下V-10Cr-5Ti合金动态再结晶行为的元胞自动机模拟（英文）

通过在Gleeble-1500热模拟压缩机上对V-10Cr-5Ti合金进行温度为950～1350℃、应变速率为0.01～10 s~(-1)的热模拟压缩实验,并基于Arrhenius模型、位错密度模型、形核模型和晶粒长大模型,建立一种元胞自动机(CA)模型来模拟和表征动态再结晶过程中的组织演变。结果表明:流动应力对变形速率和变形温度具有强烈的依赖性,利用Arrhenius模型预测的应力值与实际测量值的误差小于8%。CA模型计算得到的初始平均晶粒尺寸为86.25μm,与试验测量得到的85.63μm相近。模拟表明:初始晶粒尺寸对动态再结晶组织演化影响并不显著,而提高应变速率或降低变形温度均可细化再结晶晶粒。     

7085铝合金的热变形组织演变及动态再结晶模型

通过等温压缩实验,系统研究热变形参数(变形温度、应变速率及应变量)对7085铝合金热变形组织演变的影响。结果表明:升高变形温度以及降低应变速率,均有利于7085铝合金的动态再结晶发生,导致变形后的7085铝合金位错密度降低,再结晶晶粒尺寸增大;随着应变量的增加,变形后的合金位错密度降低,动态再结晶体积分数增大。采用线性回归方法建立包括峰值应变方程、临界应变方程、动态再结晶动力学方程以及动态再结晶晶粒尺寸方程的7085铝合金动态再结晶模型。     

大型轧辊Cr5合金钢热压缩过程微观组织演变元胞自动机模拟

为研究大型轧辊Cr5合金钢在热变形时的微观组织演变规律,采用Gleeble-1500D热模拟试验机对Cr5合金钢在变形温度为900~1200℃、应变速率为0.005~5 s-1条件下进行了热压缩实验。基于热压缩实验得到的数据,建立了Cr5钢的动态再结晶元胞自动机(CA)模型,并开发了相应的CA程序。利用该CA程序计算得到的流变应力曲线与实验数据较为吻合,验证了Cr5合金钢动态再结晶CA模型的准确性。通过有限元软件FORGE模拟了Cr5钢的热压缩过程,并将采集到的宏观场量导入所建立的CA程序中,以变形温度为1125℃、应变速率为0.1 s-1为例,采用该CA程序模拟了压缩试样不同变形区域的微观组织演变行为。结果表明,Cr5钢在热压缩过程中产生了明显的变形不均匀性,大变形区发生了完全动态再结晶,平均晶粒尺寸达到30.16μm,自由变形区再结晶百分数达到64%,平均晶粒尺寸为40.24μm,难变形区还未达到再结晶临界应变,仍保有初始组织,仿真结果与实际金相照片吻合。     

粉末冶金Ti-47Al-2Nb-2Cr合金热变形组织模拟

利用Ti-47Al-2Nb-2Cr合金的高温热压缩试验数据建立了动态再结晶模型,并结合元胞自动机法(CA),通过DEFORM-3D有限元软件对试样热变形过程的微观组织进行模拟。结果表明,在变形温度为950℃,应变速率为0.1s-1条件下,热变形过程中的试样微观组织发生了动态再结晶,晶粒尺寸得到细化,模拟得到大变形区域的晶粒尺寸为0.63μm,对比试验数据可知,模拟结果和试验结果相符。观察在950℃下不同应变速率时的CA模拟形貌可知,随着应变速率提高,由于晶粒发生动态再结晶,形成再结晶晶粒,使得平均晶粒尺寸不断变小。对比EBSD微观组织形貌可知,CA模拟较好地反映了其组织变化趋势。     

铝合金6061的热变形力学行为与微观组织演化规律

对于具有柱状晶的铝合金6061进行了圆柱体热压缩实验研究。通过实验获得了该种材料在不同温度不同应变速率条件下的真应力-应变曲线以及动态再结晶和晶粒细化的规律。应用峰值应力的实验结果计算出了该材料热变形过程的激活能,计算了每个实验条件的Z参数,得到了铝合金6061的热变形过程以及动态再结晶过程的主要特征变量作为Z参数的函数表达式。结果表明,当Z参数等于2×1026/s时热压缩实验过程动态再结晶引起的晶粒细化效果最好。     

喷射成形7055铝合金的热变形行为和加工图

通过高温热压缩实验研究喷射成形7055铝合金的热变形行为,实验温度为340～480℃,应变速率为0.001～1 s～(-1)。结果表明:该合金在变形过程中的流变应力随着温度升高和应变速率的降低而降低,在480℃时会出现失稳现象。变形过程中的主要软化机制为动态回复和动态再结晶,其中低温时,动态回复占主导地位,随着温度升高,软化机制逐步转变为动态再结晶,再结晶晶粒的尺寸随着温度的升高而增大。基于动态材料模型和极化互惠模型,结合热变形中的组织演变,确定该合金在应变量为0.7时的适宜加工范围为:温度范围400～420℃,应变速率0.01～0.1 s～(-1),此时对应的动态材料模型加工图能量耗散效率超过33%,极化互惠模型加工图内在加工参数在65%～70%之间。     

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。     

Al-Mg-Si铝合金热变形过程动态再结晶行为研究

采用Gleeble-1500D热模拟试验机对Al-0.62Mg-0.73Si铝合金进行了热压缩试验,研究了变形温度673~793K、变形速率0.001~1 s~(-1)下材料的动态再结晶行为。采用临界条件动力学模型确定了该材料在不同热变形参数下的临界条件,依据修正的Avrami方程建立了Al-0.62Mg-0.73Si铝合金动态再结晶体积分数模型,同时分析了材料热变形后的组织演变规律。结果表明:材料在热变形过程中,真应力随变形温度的降低而升高,随应变速率的下降而减小;变形温度与应变速率的升高均能促进动态再结晶行为的发生;温度的升高能够有效地促进材料的软化,并提高动态再结晶晶粒的长大速度。     

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。     

7A85铝合金热变形过程中微观组织演变规律研究

研究了7A85铝合金在应变速率为0. 001～1 s~(-1)、变形温度为250～450℃条件下热压缩变形过程中的微观组织演变规律。结果表明,7A85铝合金在低温条件下主要发生动态回复,高温条件下主要发生动态再结晶。在动态再结晶过程中,连续动态再结晶和非连续动态再结晶现象同时存在,350～400℃是动态回复向动态再结晶的转变温度区间。7A85铝合金组织演变对于温度的敏感性较高,随着温度的升高,平均取向差角θc显著增加,增加范围为0. 93°～7. 13°。350℃变形温度下的小角度晶界比例f_(LAGBs)较400℃时有所提高,最高增幅为27. 9%。在450℃变形温度下,应变速率对材料再结晶行为的影响显著,再结晶晶粒随着应变速率降低发生了明显长大。最后,采用线性回归方法建立了450℃变形温度条件下7A85铝合金的动态再结晶晶粒尺寸演化模型。     

2A14铝合金的动态再结晶模型及热变形组织演变

为研究2A14铝合金的动态再结晶模型和热变形组织演变规律,在Gleeble-3500试验机上对2A14铝合金进行等温压缩,试验温度为573~773 K,应变速率为0.01~10 s~(-1),压下量为60%,变形后淬火保留高温组织。通过其流变应力曲线,建立临界应变和峰值应变的关系,并建立动态再结晶体积分数预测模型。通过对其组织晶粒演变分析,发现动态再结晶晶粒与变形温度和速率关系密切,会随着温度的增高,应变速率的降低而增大。     

35CrMo钢动态再结晶过程数值模拟与试验研究

以热物理模拟试验研究为基础,得出35CrMo钢发生动态再结晶时的数学模型。采用热一力耦合的弹塑性有限元法对35CrMo结构钢在热变形过程进行了数值模拟。变形的不均匀性导致动态再结晶进行的不等时性,动态再结晶的发生初始于大变形区,随着应变的增加,逐渐向粘着区和自由变形区延伸。同时预测热变形过程的形变量、形变速率和形变温度对再结晶微观组织演变的影响。在一定温度下,再结晶晶粒尺寸的大小与应变速率呈反方向变化,随着变形的进行,试样内的晶粒尺寸趋于细化和均匀化。在一定应变速率下,随着形变温度的降低,再结晶晶粒尺寸趋于细化,导致了锻件的综合性能提高。为了观察显微组织演化过程,对模拟结果进行了金相法验证,模拟结果与实验结果比较吻合,模拟的结果是合理的。     

Cu-P-Cr-Ni-Mo耐候钢热变形过程的微观组织模拟

基于热模拟试验数据,建立了Cu-P-Cr-Ni-Mo耐候钢的动态再结晶模型,并利用有限元软件Deform-3D对试验钢进行了热压缩过程以及微观组织的演变模拟。结果表明,在热压缩过程中,坯料内部存在不均匀变形,其心部大变形区的等效应变最大、温度最高,动态再结晶进行得最充分;不同工艺参数对动态再结晶体积分数与平均晶粒尺寸具有显著的影响,较高的变形温度、较低的应变速率和大应变均有利于动态再结晶的进行;试样不同区域的动态再结晶的体积分数随着应变的增大而升高,相应的平均晶粒尺寸随着应变的增加而减小。有限元软件Deform-3D模拟的微观组织演变规律与热模拟试验结果具有高度的一致性。     

加工参数对铸态AZ31B镁合金热变形行为及组织演变的影响

借助热压缩实验研究了变形温度、应变速率和变形量对铸态AZ31B镁合金热变形行为及组织演变的影响规律。结果表明:(1)峰值应力随着应变速率的降低和温度的升高而减小,主要的形核机制为晶界弓出形核、亚晶旋转形核、孪生诱发形核,以及连续再结晶;(2)低于400℃变形时,温度的升高有利于再结晶的发生及晶粒细化;高于400℃时,晶粒尺寸开始迅速增大;(3)在小于等于400℃变形时,低速率0.1 s~(-1)更有利于再结晶晶粒细化;当变形温度高于400℃时,中速率1 s~(-1)更有利于再结晶晶粒细化;(4)高温低速率变形时,变形量主要影响晶粒尺寸,而高温高速率变形时,变形量主要影响动态再结晶程度。     

橄榄球帽用6061铝合金在热变形过程中的组织及变形行为分析

采用电子万能实验机对橄榄球帽用6061铝合金进行热压缩变形实验,通过光学电镜分析该合金组织变化规律。结果表明,6061铝合金为典型柱状晶结构,应力-应变曲线满足动态再结晶过程。当变形量为60%,应变速率一定时,D2动态再结晶晶粒尺寸和X动态再结晶体积分数均随温度的升高而增加,但D1再结晶晶粒尺寸和Dc最大晶粒尺寸差随温度升高而变小;当温度一定时,D2动态再结晶晶粒尺寸和X动态再结晶体积分数均是随应变速率的变大而不断降低,而D1再结晶晶粒尺寸和Dc最大晶粒尺寸差随温度的增加而变小,随应变速率的变大而变大。     

应变速率对3003铝合金热变形动态再结晶组织的影响

采用Gleeble-1500热模拟试验机对3003铝合金进行变形温度为400℃,应变速率为0.01～10.0 s-1的等温压缩实验,获得热变形过程中的真应力-真应变曲线。结果表明:应变速率ε≥1.0 s-1时,实际变形温度高于预设温度,产生变形热效应。合金发生动态再结晶的临界应变随着应变速率的升高而增加,在较高应变速率条件下(ε≥1.0 s-1),流变应力曲线出现锯齿形波动,合金发生了不连续动态再结晶。利用光学显微镜和透射电镜分析了应变速率对3003铝合金热变形组织演变的影响。结果表明:应变速率越小,合金越容易发生动态再结晶,当应变速率为10.0 s-1时,由于变形热效应的作用,合金也发生了动态再结晶。低应变速率(ε≤0.1 s-1)条件下,提高应变速率可以明显细化晶粒,并且在相同应变下,动态再结晶体积分数随应变速率的增大而减小,综合考虑动态再结晶晶粒的大小和组织均匀性,较佳的应变速率为0.1 s-1。     

喷射成形7055铝合金的热变形行为及显微组织演变

采用Gleeble-3500热模拟试验机对经过致密化的喷射成形7055铝合金进行热压缩试验。热压缩之后的样品使用金相显微镜和透射电镜观察。结果表明:随着热变形温度的升高或应变速率的降低,峰值应力逐渐减小。该合金的热压缩流变应力行为可以用双曲正弦形式的方程表示,也可以用Zener-Hollomon参数来描述。喷射成形7055铝合金热变形过程中组织演变可以使用Zener-Hollomon参数定量表征,其软化机制主要为动态回复和动态再结晶。随着lnZ值的降低,合金的软化机制由动态回复逐渐转变为动态再结晶且再结晶尺寸变大。变形后合金中分布的高密度、纳米级的Al_3Zr粒子可有效阻碍合金在热变形中的动态再结晶。     

65Mn钢的动态再结晶行为

采用Gleeble-3500热模拟试验机对65Mn钢进行热压缩试验,变形温度850~1150℃、应变速率0.02~20 s~(-1),最大真应变1.0,研究材料在上述试验条件下的动态再结晶行为,以及变形条件对再结晶晶粒尺寸的影响。结果表明:试验钢的真应力-真应变曲线在高温、低应变速率条件下出现明显峰值,随着温度的升高和应变速率的降低,临界应变变小,有利于动态再结晶发生;奥氏体再结晶晶粒尺寸与变形参数相关,应变速率降低,再结晶晶粒尺寸增大;变形温度降低,有利于再结晶晶粒尺寸细化。