纯铜动态再结晶的三维元胞自动机模拟

用三维元胞自动机法(CA法)模拟纯铜在400℃以0.0005s~(-1)的应变率发生动态再结晶(DRX)的过程.给出了母相和再结晶晶粒的平均位错密度随着应变量的变化规律;根据平均位错密度的变化研究了纯铜动态再结晶中形核、长大、动态回复和加工硬化等过程.模拟了纯铜动态再结晶过程中的应力.应变曲线及平均晶粒尺寸的变化规律,模拟结果与文献中的试验结果吻合较好.     

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.     

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.     

微合金钢热变形组织与性能演变的CA模拟

建立了预测微合金钢热变形奥氏体动态再结晶组织与性能演变的元胞自动机模型.采用基于位错密度的动态再结晶理论,主要考虑动态再结晶的形核、晶粒长大,实现对动态再结晶过程晶粒形态、体积分数及晶粒尺寸的定量化表征及其演变过程的可视化描述,获得了位错密度及流变应力等参数.模拟得到的动态再结晶组织形貌及基于位错密度变化计算出的流变应力与实验结果吻合较好.     

高铝高强钢动态再结晶行为研究

采用Gleeble-3500热模拟试验机对高铝高强钢在变形速率为0. 01～10 s-1、变形温度为925～1225℃的热变形条件下进行压缩试验,以真应力-应变曲线为基础数据研究其高温再结晶行为。通过对晶粒尺寸的统计来探究热变形条件对热变形后晶粒尺寸的影响。通过处理加工硬化率-应力曲线,标定数据中能揭示动态再结晶演变过程的3个特征点,即临界应变、峰值应变及最大软化速率应变。引入表征晶体动力学的双曲正弦模型,通过线性回归求解得到动态再结晶激活能Q,建立流变应力本构方程,并引入Z参数作为预测发生再结晶程度的依据。结果表明:高铝高强钢热加工过程是加工硬化和再结晶软化共同作用的。在发生再结晶条件范围内,Z值越小,发生动态再结晶的程度越大。     

退火态42CrMo钢的热变形行为

为了研究退火态42CrMo钢的热变形行为，利用Gleeble3800热模拟试验机进行了单道次热压缩实验，获得了变形温度930～1230℃、应变速率0.001～1 s^-1条件下的高温流变应力曲线。分别应用Arrhenius方程和Yada模型构建了42CrMo钢的高温本构模型和动态再结晶动力学模型，并基于动态材料模型应用不同变形条件下的峰值应力构建了其热加工图。结果表明，在大部分变形条件下，高温流变应力曲线呈典型动态再结晶特征，由于动态再结晶的作用，流变应力随变形温度的升高或应变速率的降低而减小。基于峰值应力构建的42CrMo钢高温本构模型和动态再结晶模型可以用于预测不同变形条件下的流变应力和微观组织演变。此外，根据42CrMo钢的热加工图，最佳热加工工艺参数范围为1100～1230℃、0.01～1 s^-1。     

应变速率和变形温度对纯铜应变硬化和软化行为的影响（英文）

通过热压缩实验研究变形温度和应变速率对纯铜热变形行为的影响,确定了应变硬化率、动态再结晶临界应力、饱和应力、动态回复体积分数和动态再结晶体积分数的表达式。结合热加工图,得到纯铜的失稳区域主要位于400~450℃、0.001~0.05 s~(-1)和450~750℃、0.05~1 s~(-1)区间,稳态区域的变形机制主要为动态再结晶。对流变应力进行预测,预测结果与实验结果吻合较好。     

应变速率对金属动态再结晶影响的数值模拟

采用元胞自动机方法建立了多晶金属材料塑性加工过程动态再结晶的二维模型,模拟了动态回复、位错密度变化和动态再结晶的微观结构演化等一系列过程。利用该模型可得到晶粒形态及晶粒的取向和大小,模拟结果很好地描述了动态再结晶的生长动力学特征,并动态地再现了实验方法观察到的动态再结晶的微观组织特征。在该模型的基础上,分析了应变速率对动态再结晶过程,以及动态再结晶晶粒尺寸的影响。     

锻态C-276镍基合金热变形行为及热加工图

为研究锻态C-276镍基合金的热变形行为,采用Gleeble-3180D热模拟试验机对该合金在变形温度950~1200℃以及应变速率0.01~10 s^-1条件下进行一系列热压缩实验。结果表明,合金的流变应力曲线都呈现明显的动态再结晶特征,并且流变应力随变形温度的提升或者应变速率的下降而降低。根据Arrhenius模型构建该合金峰值应力下的本构方程,得出合金的变形激活能为510.484 kJ/mol。依据材料动态模型绘制合金在0.6应变下的热加工图,并结合组织分析提出该合金最优的热加工参数为(1100℃,0.01 s^-1)以及(1150℃,0.01~1 s^-1)。另外,合金的组织变化规律表明,温度的增加或应变速率的降低能够促进合金的动态再结晶晶粒的形核与长大。     

稀土Ce对Cu-Cr-Zr合金高温变形行为的影响

在Gleeble-1500D热模拟试验机上对Cu-Cr-Zr合金和Cu-Cr-Zr-Ce合金在应变速率为0.001~10 s-1、变形温度为650~850℃的高温变形过程中的流变应力行为进行了研究。结果表明:流变应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的提高而增大。从流变应力、应变速率和温度的相关性,利用逐步回归的方法建立了两种合金的流变应力方程。稀土元素Ce的加入能够细化Cu-Cr-Zr合金晶粒,而且能够促进Cu-Cr-Zr合金的动态再结晶。根据动态材料模型计算并分析了两种合金的热加工图,利用热加工图确定热变形的流变失稳区,并且获得了试验参数范围内热变形过程的最佳工艺参数,利用热加工图分析了两种合金不同区域的高温变形特征以及组织变化。对比分析后得出稀土元素Ce的加入能够优化Cu-Cr-Zr合金的热加工性能。     

Coupled quantitative simulation of microstructural evolution and plastic flow during dynamic recrystallization

A new modelling approach that couples fundamental metallurgical principles of dynamical recrystallization (DRX) with the cellular automaton (CA) method has been developed to simulate the microstructural evolution and the plastic flow behaviour during thermomechanical processing with DRX. It provides an essential link for multiscale modelling to bridge mesostructural dislocation activities with microstructural grain boundary dynamics, allowing accurate predictions of microstructure, plastic flow behaviour, and property attributes. Variations of dislocation density and growth kinetics of each dynamically recrystallizing grain (R-grain) were determined by metallurgical relationships of DRX, and the flow stress was evaluated from the average dislocation density of the matrix and all the R-grains. The growth direction and the shape of each R-grain were simulated using the CA method. The predictions of microstructural evolution and the flow behaviour at various hot working conditions agree well with the experimental results for an oxygen free high conductivity (OFHC) copper. It is identified that the oscillation of the flow stress–strain curve not only depends on thermomechanical processing parameters (strain rate and temperature) but also the initial microstructure. The mean size of R-grains is only a function of the Zener–Hollomon parameter. However, the percentage of DRX is not only related with the Zener–Hollomon parameter, but also influenced by the nucleation rate and the initial microstructure.     

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。     

镁及镁合金动态再结晶研究进展

综述了镁及镁合金动态再结晶方面的研究现状，介绍了镁及镁合金室温或高温塑性变形行为，包括应力一应变特征及其影响因素、应变速率方程和流变应力方程；描述了该合金在不同变形条件下发生塑性变形时的位错、孪晶、亚结构等微观组织演变以及各种动态再结晶如孪生动态再结晶、低温动态再结晶、连续动态再结晶、不连续动态再结晶和旋转动态再结晶的机理及其特点；最后讨论了动态再结晶与塑性变形之间的相互关系，并提出了镁及镁合金动态再结晶研究的发展趋势。     

AZ31镁合金位错密度模型及热压缩的微观组织预测

通过热压缩实验研究AZ31镁合金挤压杆料在变形温度300、400和500℃,应变速率0.1、0.01和0.001 s^?1条件下的流变行为,基于Arrhenius方程建立流变应力的本构模型,其中激活能Q为132.45 kJ/mol,应变硬化系数n为4.67。依据AZ31镁合金高温变形中的动态再结晶(Dynamic recrystallization,DRX)机理和位错密度演化规律,建立宏观变形?微观组织多尺度耦合的位错密度模型,该模型能够反映热加工过程中的加工硬化、动态回复(Dynamic recovery,DRV)、低角晶界(Low angle grain boundaries,LAGB)和高角晶界(High angle grain boundaries,HAGB)等机制的交互作用。利用ABAQUS的VUSDFLD子程序进行热压缩过程的有限元模拟,获得DRX分数、LAGB和HAGB位错密度的数值模拟结果以及压缩载荷。结果表明:实验载荷与模拟结果基本吻合,本文提出的AZ31镁合金位错密度模型是合理的。     

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。     

Hot deformation behaviors of Fe-microalloyed Ti-6Al-4V based on experiments and calculations

Our previous results have shown that comprehensive mechanical properties of titanium alloys can be effectively improved by addition of Fe[1]. We systematically investigate hot deformation behaviors of Ti-6Al-4V-0.35Fe in this study, which is significant to improve plastic deformation ability of titanium alloys. In experiment, we use a Gleeble 3800 thermo-mechanical simulator to obtain the relationship between thermomechanical parameters and flow stress in a range of temperatures (800-950 °C) and strain rates (0.001-10 s-1). The single-peak profiles of the flow curves indicate that dynamic recrystallization (DRX) mechanism dominates the deformation. TEM analysis indicate that the grain size in DRX changes under different deformation temperatures, and finer grains are formed at relatively lower temperature due to the dynamic globularization. The dislocation walls are formed in subgrain boundaries due to dislocation slipping-climbing. The Avrami-type DRX model and the strain compensated multivariable regression model have been applied to fit the experimental stress-strain data during hot deformation. A comparative study between these two types of constitutive models is conducted to represent the flow behavior. It is found that both models have good accuracy in predicting the flow stress of Ti-6Al-4V-0.35Fe alloy. A processing map based on dynamic material model (DMM) at the strain of 0.8 (steady-state flow stage) has been established to identify the flow instability regions and stability regions. The strain rate range of stability region is 0.001-0.6s-1 which has been expanded compared to the range of 0.0003-0.1s-1 of Ti-6Al-4V. Optimal hot working parameters are confirmed to be 920-950 °C and 0.001-0.005 s-1, and nearly complete DRX has taken place. Our results indicate that hot working property of Fe-microalloyed Ti-6Al-4V is better than that of Ti-6Al-4V alloy in 800-950 °C temperature scale, and processing cost has been decreased.     

新的具有应变软化特征的本构模型

基于蠕变方程,针对具有应变软化特征的材料提出了一个新的本构模型,该模型考虑了动态再结晶的软化效应。模型认为,由于变形温度决定了原子的扩散能力和位错移动的驱动力,而应变速率决定位错密度和晶界能的累积速度,因而峰值应力取决于变形温度和应变速率。由于再结晶过程是热激活过程,再结晶体积分数可通过唯象理论模型表示成应变的函数,而由峰值应力和再结晶分数可确定由于动态再结晶软化作用引起的应力的下降,因此可以认为,任意时刻的应力取决于峰值应力和应变。该模型表示了温度、应变速率和应变对应力的影响,适合具有动态再结晶的材料,如结构钢35CrMo、20CrMnTi及镁合金AZ31B,计算表明,新模型的预测值与实验值相一致。     

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.     

基于动态再结晶的铸态AZ31B镁合金本构方程

通过GLEEBLE压缩试验获得铸态AZ31B镁合金真应力应变曲线,本试验从真应力应变曲线出发,通过数值分析获得临界应力应变模型、饱和应力模型和稳态应力模型等多种应力模型。同时,结合位错理论和动态再结晶动力学,根据镁合金在变形过程中发生动态再结晶的临界点,将应力应变曲线分为两段,分别对以动态回复为主的曲线和以动态再结晶为主的曲线建立本构模型,分析并得出了动态再结晶分数与基于动态再结晶下的流变应力之间的变化规律。