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。     

新的单参数动态再结晶动力学建模及晶粒尺寸预测

通过引入动态再结晶的演化速率,分析了基于Avrami方程的经典动态再结晶动力学模型的不足.提出了一种新的具有单参数的动态再结晶动力学模型,反映了动态再结晶过程缓慢快速缓慢的特点.采用Gleeble-1500热模拟试验机,对典型的具有动态再结晶特性的材料镁合金AZ31B进行了热压缩实验,通过进行参数回归得到了其动态再结晶动力学模型,并与实验结果相对比,验证了该模型的正确性.进一步将稳态变形条件下获得的微观组织演化模型改写成分步叠加形式.与动态再结晶晶粒尺寸模型相结合,应用到非隐态条件的晶粒预测,模拟与实验的对比表明计算结果和定量金相法所获得的结果基本一致,说明了非稳态变形过晶粒的叠加预测方法的合理性.     

元胞自动机模拟形变组织的网格映射模型

文章采用正六边形网格划分法、最近邻邻居关系以及周期性边界条件的元胞自动机方法,获得等轴的母相微观组织。在此基础上建立网格映射模型,模拟得到静态再结晶前的形变组织以及动态再结晶过程中的形变组织,并与实验结果进行对比。结果表明,模型计算得到的尺寸误差较小,能够满足尺寸精度的要求。模拟得到微观组织随着应变的增加,晶粒形态沿变形方向伸长。应变越大,晶粒伸长的程度也越大。在大的应变量下,等轴的微观结构演变成纤维组织。模拟结果与实验结果符合较好,表明本模型能够用于模拟材料的形变组织。     

GH4169惯性摩擦焊接过程动态再结晶组织演化的数值模拟

利用MSC.Marc的热力耦合弹塑性有限元模拟技术,建立了GH4169环形件惯性摩擦焊接过程的二维热力耦合有限元模型。考虑到惯性摩擦焊接过程中的温度变化,采用叠加原理对Na Y S建立的GH4169动态再结晶数学模型进行调整。借助MSC.Marc二次开发,将动态再结晶数学模型和有限元模型相结合,对惯性摩擦焊接过程中GH4169合金的动态再结晶组织演化进行数值模拟,得到了焊接过程中的动态再结晶分数和平均晶粒尺寸分布。对接头的宏观形貌和焊缝区的微观组织进行观察分析,发现模拟结果与实验结果吻合较好。     

金属高温塑性成形微观组织演变研究进展

金属在热加工过程中微观组织发生动态、静态回复以及再结晶、晶粒长大等一系列复杂的演化,材料内部微观结构的改变,会直接影响成形后金属的成形质量和力学性能。文章阐述了金属高温塑性成形时微观组织预测模拟的主要研究方法,即直接模拟法、相场法和有限元法;并分别评述了各方法目前在国内外的研究概况、特点以及缺点和适用范围;重点介绍了基于物理本质多尺度耦合的微观组织内变量有限元模型方法。研究结果表明,基于内变量法的微观组织物理模型相对其他方法,最适合用于多尺度微观组织预测数值模拟,模拟结果与实际更为相符,而且最能解释说明各变量演变的物理机制,具有广阔的应用前景。     

Mn18Cr18N护环钢多火次锻造微观组织演变及模拟

为研究多火次锻造过程微观组织演变规律,文章采用Gleeble-1500D热模拟试验机进行动态、静态和亚动态再结晶试验,获得动态、静态和亚动态再结晶模型;采用热处理炉进行晶粒长大实验,得到晶粒长大模型;将模型导入有限元软件DEFORM-2D,对其进行微观组织模拟,并进行同条件的锻造试验验证。结果表明,数值模拟与试验结果吻合较好。说明该文使用的微观组织模拟系统,能够用于预测Mn18Cr18N钢护环多火次热变形的微观组织演变规律,为实际护环生产工艺优化提供参考。     

高温合金螺栓镦挤过程的微观组织演变模拟及试验研究

使用Visual Fortran6.0开发了锻件微观组织模拟软件,可进行塑性变形分析及模拟变形中锻件内部微观组织演化,得到锻件内的应力场、应变场、应变速率场及晶粒度分布。应用该软件分析了高温合金(GH4169)螺栓镦挤工艺的动态再结晶过程和再结晶的晶粒度分布。     

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.     

高铌TiAl合金包套锻造过程微观组织模拟(英文)

利用Deform-3D软件对高铌TiAl合金包套锻造过程中的微观组织演变进行模拟。为得到模拟所需参数,在1100～1250℃和0.001～0.5 s-1的条件下对合金进行了热压缩试验。在所得试验数据的基础上,利用一种间接方法建立了合金的动态再结晶模型,并利用Avrami形式的方程对再结晶分数进行描述。采用Cingara硬化模型及所建立的再结晶分数模型构建了合金的流变应力本构模型。模拟结果显示,由于锻造过程中摩擦的存在、热量的损失以及简单单向镦粗变形的锻造方式,使得坯料中的微观组织分布不均匀。通过模拟结果与实验结果的比较,证明所建立的有限元模型能够有效地预测高铌TiAl合金在包套锻造过程中的组织演变。     

Simulation of Microstructure for Hot Pack-Forging of a High Nb Containing TiAl Alloy

利用Deform-3D软件对高铌TiAl合金包套锻造过程中的微观组织演变进行模拟。为得到模拟所需参数,在1100～1250℃和0.001～0.5 s-1的条件下对合金进行了热压缩试验。在所得试验数据的基础上,利用一种间接方法建立了合金的动态再结晶模型,并利用Avrami形式的方程对再结晶分数进行描述。采用Cingara硬化模型及所建立的再结晶分数模型构建了合金的流变应力本构模型。模拟结果显示,由于锻造过程中摩擦的存在、热量的损失以及简单单向镦粗变形的锻造方式,使得坯料中的微观组织分布不均匀。通过模拟结果与实验结果的比较,证明所建立的有限元模型能够有效地预测高铌TiAl合金在包套锻造过程中的组织演变。     

针对316LN不锈钢动态再结晶模型的DEFORM二次开发

根据已知的316LN不锈钢的动态再结晶模型,对DEFORM数值模拟软件的微观组织部分进行了二次开发,预测316LN热塑性变形过程中动态再结晶组织的体积分数和晶粒平均尺寸的变化过程,使热塑性变形过程的有限元变形一传热一组织演化耦合分析功能得到了增强。最后得出的模拟结果和实验结果能够很好的吻合,这说明二次开发是成功的,为以后对锻件的组织优化和控制奠定了理论依据。     

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。     

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。     

基于L-J位错密度模型的7050铝合金微观组织演变模拟

为了模拟分析铝合金热变形过程中的微观组织演变过程,采用热物理模拟试验机对7050铝合金在变形温度分别为573、623、673和723 K和应变速率分别为0.01、0.1、1和10 s-1的条件下进行了热压缩试验.通过对试验数据进行处理,求解得到了7050铝合金的动态软化系数与加工硬化系数,并建立了改进后的Laasraoui-Jonas (L-J)临界位错密度模型,将该模型应用于合金热压缩变形过程的微观组织模拟,并与试验结果进行对比.结果 表明:采用修正的L-J位错密度模型可以计算7050铝合金动态再结晶过程中的位错密度;修正的L-J位错密度模型结合元胞自动机能比较精确地模拟7050铝合金的动态再结晶过程.     

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。     

不同变形量和变形温度对06Cr19Ni9NbN不锈钢微观组织演变的影响

通过热模拟压缩实验,得到06Cr19Ni9NbN不锈钢的动态再结晶数学模型。采用平面应变压缩实验,结合光学显微镜(OM)观察,及DEFORM有限元模拟,研究了不同变形量和变形温度对该材料微观组织演变的影响。结果表明,实验结果和模拟结果基本一致,验证了所建立动态再结晶模型的准确性;热变形过程中,随着变形量增大,动态再结晶体积百分数增大,晶粒尺寸减小;随着变形温度的增加,动态再结晶体积百分数和晶粒尺寸均增大;热变形过程中可通过控制变形量和变形温度优化材料组织,为实际生产工艺提供依据。     

ZK60镁合金热变形过程中的应变强化与动态再结晶行为(英文)

研究ZK60合金的高温流变应力行为。分别采用Kocks-Mecking模型和Avrami方程对合金的应变强化和动态再结晶过程进行模拟,在此基础上,构建一个考虑合金动态再结晶软化的流变应力方程并对流变应力进行预测。结果表明:预测曲线与实验结果具有很高的相关系数,所构建的流变应力方程能准确地描述热变形过程中合金的流变应力行为。微观组织观察表明在变形初期合金组织主要为动态回复组织,随着应变增加,逐渐转变为再结晶组织。     

AZ41M镁合金动态再结晶组织演变模拟

在变形温度300~450℃,应变速率0.005~1 s-1条件下,采用Gleeble-1500D试验机对AZ41M镁合金进行热压缩实验;处理实验数据,求解不同变形条件下的动态回复软化率系数r,分析了温度和应变速率等工艺参数对r的影响;基于实验数据,建立了Laasraoui-Jonas(L-J)位错密度模型,借助Deform-3D软件对合金热压缩时的组织演变过程进行模拟,并将模拟结果与实验微观组织进行对比。结果表明,动态回复软化率系数r随温度升高而增大,随应变速率增加而降低;组织模拟结果与实验结果基本吻合,该位错密度模型能准确模拟合金动态再结晶过程中的微观组织演变。     

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。     

18MnD5钢动态再结晶模型研究

利用TMTS热物理模拟机对18MnD5钢试样进行等温恒应变速率热压缩实验,获得材料流变应力和微观组织演变规律。通过分析Zener-Hollomon参数与峰值应变、稳态应变、发生50%动态再结晶时的应变及动态再结晶晶粒尺寸之间的关系,对实验结果进行修正,排除误差较大的实验数据。采用修正后的数据建立高精度的18MnD5钢动态再结晶模型,并利用Deform软件对18MnD5钢进行微观组织演变的模拟分析。