纯铜动态再结晶的Monte Carlo法模拟

本文建立了一种基于能量判据的确定动态再结晶各个阶段临界应变的方法，并基于此种方法Monte Carlo(MC)法进行了纯铜动态再结晶的二维模拟，定量计算了变形引起的存储能与变形之间的关系，计算出了发生动态再结晶的临界应变。模拟结果表明，采用MC法可以揭示动态再结晶的形核生长过程与应变历史之间的关系。结合本文所建立的基于能量判据的确定动态再结晶各个阶段临界应变的方法，可以预测开始发生动态再结晶的临界变形条件。     

大型铸钢支承辊充型和凝固过程数值模拟

在应用ViewCast软件模拟实际铸钢支承辊的凝固过程时，发现原始工艺易导致缺陷残留在上下辊颈中。根据计算机模拟结果改进原工艺设计，调整模具壁厚，达到良好效果。通过对原工艺和改进工艺进行模拟对比。模拟结果显示改进工艺可以使辊身与下辊颈快速凝固，整个铸件顺序凝固，从而使缩孔、宏观偏析最重的位置集中在冒口部位。采用底注式切线型内浇道的浇注系统，金属液充型过程平稳。     

枝晶凝固过程中的溶质浓度分布模拟

采用元胞自动机方法(cellular automation)对单个枝晶凝固过程中的显微偏析和枝晶形貌进行了模拟，在模拟的过程中，对固相和液相中的溶质传输分别进行了计算，同时考虑到凝固过程中同相分数的变化对溶质传输的影响与文献中通常采用的浓度势方法的计算结果进行对比，模拟结果显示本文使用的计算方法模拟显微偏析过程中波动小、结果更为稳定。     

带钢卷取温度与铁素体晶粒长大模拟

建立了Q235热轧带钢卷取后冷却过程中的传热模型，考虑了钢卷导热系数的正交各向异性与导热系数在冷却过程中随温度的变化，用ABAQUS软件对钢卷冷却过程中的温度场进行了模拟，确定了钢卷不同位置的冷却曲线。以钢卷不同位置的温度演变为基础，用自行开发的热轧过程组织性能预报软件ROLLAN对带钢沿长度方向的铁素体晶粒尺寸进行模拟，通过现场开卷取样和大量的定量金相实验，测试分析了沿带钢长度和宽度方向铁素体晶粒尺寸的变化。模拟与实验结果吻合良好。     

大型钢锭铸锻一体化液芯锻造数值模拟及工艺实践

为了提高大型锻件的生产效率、降低生产成本,利用THERCAST和FORGE软件包,以09MnNiD钢材料为对象,对倒锥度19 t钢锭的凝固、液芯锻造全过程进行计算机数值模拟,预测液芯率及相应时间节点。根据模拟结果制定了19 t级大型钢锭铸锻一体化液芯锻造生产工艺,并将制定的工艺应用于生产实践。实践结果表明,采用数值模拟仿真分析指导大型钢锭铸锻一体化,实现液芯锻造工艺的制定,达到传统锻件的技术水平,钢锭在模时间减少了90%以上,钢锭利用率提高了10%,吨钢平均可节约天然气300 m~3以上。通过精细化的生产组织、精确控制液芯率、钢锭超高温热送及液芯锻造,实现了余热利用,减少加热火次,提高锻造效率,节能节材增效显著。     

高速列车制动盘盘毂锻造工艺数值模拟

基于实测的40CrA钢高温应力-应变曲线和热物性参数,建立了高速列车制动盘盘毂毛坯在模锻过程的有限元模型。运用DEFORM-3D软件,对该盘毂的多步骤锻造过程进行热力耦合模拟,得到了应力、应变和温度随时间的变化规律;研究盘毂成形过程的金属流动机制,模拟了产生折叠缺陷的位置;预测了盘毂完全成形所需的锻锤打击次数;对终锻模具的最大主应力进行分析,预测了模具在实际生产中可能产生的塌陷、开裂缺陷及其位置。根据模拟结果进行了生产试制,验证了工艺的可行性和模拟的准确性。     

热处理工艺对含Nb焊缝金属组织与力学性能的影响

采用含Nb及不含Nb两种焊丝对高速列车转向架用S355J2G3钢板进行焊接,分析了焊态下接头各区域的性能差别,研究了合金元素Nb和焊后热处理制度对焊缝金属组织和性能的影响.结果表明:焊缝金属的韧性是焊接接头性能的薄弱环节.焊态下Nb的加入提高了焊缝金属的强度,但对塑性和韧性无明显影响.经去应力退火后,不含Nb焊缝金属的强度降低,延伸率和冲击功升高,而含Nb焊缝金属的强度升高,延伸率和冲击功降低,退火后含Nb焊缝金属中NbC颗粒析出是影响焊缝金属组织和性能的主要因素.在焊后正火处理条件下,随着正火温度的升高,不含Nb焊缝金属的组织和性能均无明显变化,而含Nb焊缝金属的强度明显升高,延伸率和冲击功显著降低.严格控制正火温度是含Nb焊缝金属获得高强韧性的关键.含Nb焊缝中魏氏组织的含量随正火温度的升高而明显增多.电镜观察表明,经920℃正火处理后,焊缝中的NbC颗粒尺寸大于退火态焊缝金属中的NbC相,而在1200℃正火处理后NbC颗粒溶解消失.     

U-6%Nb二元合金凝固过程中显微组织与显微偏析的模拟

提出一个改进的计算固相分数的模型,利用该模型及元胞自动机方法根据相图计算将固/液界面区域内固相分数表示为一个一元二次方程,不需假设界面的位置和形状.对U-6%Nb(质量分数)二元合金的凝固组织和显微偏析的模拟结果表明:初始形核部位Nb浓度最高,随着凝固的进行,该部位Nb浓度不断下降;凝固后期晶界区贫Nb,Nb浓度最低可达3%以下.     

集成材料计算模拟:金属制备工艺研究的新范式

正历经数十年的发展,计算材料学已成为与实验和理论同等重要的研究手段。集成材料计算已实现跨越多时间尺度和空间尺度来研究材料的行为,同时发展了微观-介观-宏观尺度的系列模型方法和计算工具(见图1)。其中宏观尺度的广义有限元方法是工程问题     

ODS钢中氧化物/铁素体界面捕氢行为的第一原理研究EI北大核心CSCD

通过第一原理计算系统研究了氧化物弥散强化钢(ODS钢)中H原子在氧化物析出相Y_2TiO_5和Y_2Ti_2O_7间隙的占位能;计算了H在Y_2Ti_2O_7/bcc-Fe界面的占位能,分析发现这些H原子占位均容易固溶在电荷密度较高的间隙位置。计算也进一步揭示,在界面处Fe空位更容易形成;H原子倾向于占据Y_2Ti_2O_7/bcc-Fe界面中Fe相一侧,而He原子则容易占据氧化物一侧,这表明在ODS钢中H原子会优先被氧化物沉淀相与基体间界面所吸收。ODS钢中大量弥散析出的纳米氧化物与基体间的界面结构,客观上实现了H原子的有效分散,并能够将H团簇稳定在更细小的尺度;而且在界面H团簇长大过程中会吸收大量的H原子和空位,可能以此作为辐照离位损伤缺陷的自愈合点,从而解释了ODS钢优越的耐辐照损伤性能。同时,计算也尝试解释了H-He双粒子辐照对ODS钢辐照空洞的产生存在协同效应的实验结果。