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。     

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。     

一种高锰奥氏体TWIP钢的高温热变形与再结晶行为

在变形温度为1223~1423 K及应变速率为0.01~10 s-1的条件下,利用MMS-300热模拟试验机开展单道次压缩变形实验,结合SEM-EBSD和TEM等观察分析技术,研究了一种高锰奥氏体孪晶诱发塑性(TWIP)钢的高温热变形及再结晶行为,对其动态再结晶过程中的组织演变规律及其与应力-应变曲线的相关性进行了分析和表征.结果表明,该高锰奥氏体TWIP钢的热变形行为对应变速率较敏感;当应变速率低于0.1 s-1时,热变形过程中发生动态再结晶;当应变速率高于1 s-1时,发生动态回复.通过回归计算建立了该高锰奥氏体TWIP钢的热变形本构方程,分析认为动态再结晶过程中的组织演变规律与其应力-应变曲线密切相关.随着应变量的增加,晶界迁移诱导再结晶形核;形变量进一步增加,产生大量亚晶界;相邻亚晶界上的位错攀移和滑移等运动使晶界合并,导致再结晶晶粒形成.     

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。     

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。     

A100超高强度钢的动态再结晶行为及组织演变研究

借助Gleeble-3500热模拟试验机研究了A100超高强度钢在变形温度为850~1200℃、应变速率为0.001~10 s~(-1)和变形程度为60%条件下的热变形行为。基于实验数据计算了动态再结晶激活能,通过引入无量纲Z参数表征了动态再结晶的临界应变/应力、峰值应变/应力和稳态应变/应力模型,并绘制了动态再结晶状态图,同时对该钢的组织演变进行了分析。结果表明:该钢的动态再结晶激活能为380.177 k J·mol~(-1);随着变形温度的升高或应变速率的下降,Z参数逐渐减小,更容易发生动态再结晶行为,但其晶粒尺寸随之增大,其中在950~1050℃、0.01~0.1 s~(-1)和1050~1150℃、1~10 s~(-1)范围内进行热加工可获得细小、均匀的晶粒组织。根据实验结果建立了动态再结晶晶粒尺寸预测模型,其预测值与实验值具有较高的吻合度。     

300M钢的热变形行为及其变形组织演变研究

基于热压缩实验,对300M钢在应变速率为10s-1下的热变形行为及其变形组织演变进行了研究。结果表明:在试样高度压下量为50%,变形温度为700～750℃时,300M钢的应力-应变曲线呈流变失稳型,且变形组织出现绝热剪切;当变形温度为800～1000℃时,300M钢的应力-应变曲线呈双峰不连续动态再结晶型,且热变形过程出现了两轮动态再结晶;当变形温度为1050～1180℃时,300M钢的应力-应变曲线呈单峰不连续动态再结晶型,且热变形过程只发生了一轮动态再结晶。     

EA4T钢热变形行为及组织演变规律研究

通过Gleeble-3200热模拟机对EA4T钢进行热压缩实验,研究了应变速率为0.01~10 s~(-1),变形温度为950~1150℃条件下,EA4T钢的热变形行为和组织演变。分析其流变曲线发现,EA4T钢的峰值应力随着温度增大而减小,随着应变速率增大而增大,得到该材料在高的温度和低的应变速率条件下容易发生动态再结晶。基于Arrhenius双曲正弦方程建立了EA4T钢的热变形本构方程;运用数值计算方法,确定了EA4T钢的峰值激活能和稳态激活能分别为385.4和395.4 kJ·mol~(-1);观察温度以及应变速率对试验钢组织演变的影响发现,动态再结晶晶粒尺寸随着变形温度的增加而增大,随着应变速率的增加而减小;通过测量晶粒度,获得动态再结晶晶粒尺寸和Z参数的关系式。     

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。     

热成形工艺参数对SA508-3钢组织演变的影响

通过Gleeble-1500D热力模拟试验机对SA508-3钢在温度为1073～1473 K,应变速率为0.001～1 s-1时进行了热压缩实验,分析了热变形条件下的SA508-3钢的微观组织。采用常规金相分析研究了温度、应变速率、变形程度等热变形参数对SA508-3钢动态再结晶行为和晶粒尺寸的影响。结果表明,SA508-3钢动态再结晶主要通过晶界弓弯形核。提高变形温度、增大变形程度均有利于再结晶发生。但较高温度和较低应变速率会造成晶粒的过分长大,从而形成粗大组织。SA508-3钢的最佳热加工参数范围为变形温度1173～1473 K和应变速率0.1～0.01 s-1。     

高强低合金T510L的热模拟工艺研究

本文结合唐钢FTSR生产线的实际生产工艺参数,利用Gleeble3500C热模拟机,分别研究了单道次不同变形温度、变形速率(50%压下率)对高强低合金T510L钢变形抗力和奥氏体微观组织演变的影响及两道次(R1→R2)连续变形后奥氏体微观组织演变。实验表明通过高温大压下量的变形,完全可使该钢种充分发生动态再结晶,细化奥氏体晶粒度。     

7050铝合金热压缩变形的流变行为及微观组织演变

利用Gleeble-1500热模拟试验机对均匀化7050铝合金在573~723℃和0.000 5~1s-1变形条件下进行热压缩试验。通过线性回归分析计算出均匀化7050铝合金的应变硬化指数以及变形激活能,获得了均匀化7050铝合金热压缩变形条件下的流变应力本构方程。并借助扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)显微分析,对不同热变形条件下合金的微观组织演变进行研究。结果表明,均匀化7050铝合金在高温压缩变形过程中有动态回复和动态再结晶现象。随着变形温度升高和应变速率下降,合金位错密度降低,流变应力减小。在热变形过程中,合金的主要软化机制由动态回复逐渐演变为动态再结晶,热变形组织由位错亚结构转变为再结晶组织。     

Fe-4Mn-1.5Al-0.5Si-0.2C-0.05Nb中锰钢的热变形行为研究

针对较高Mn含量会导致中锰钢成本提高、出现偏析而限制其应用的问题,设计了一种能够满足1 000 MPa级别性能要求(抗拉强度R_m>1 000 MPa,总伸长率A>30%)的中锰钢,其成分为Fe-4Mn-1.5Al-0.5Si-0.2C-0.05Nb。通过绘制实验钢在不同应变速率和变形温度下的真应力-真应变曲线,并结合组织观察,研究了实验钢的热变形行为,尤其是应变速率和变形温度对实验钢热变形行为的影响规律,并最终获得了实验钢的动态再结晶图和本构方程。结果表明：变形温度的降低和应变速率的提高均会抑制动态再结晶的发生;低应变速率(0.1 s^-1)下的所有样品均会发生完全动态再结晶;中应变速率(1 s^-1)下,变形温度为800℃的样品只发生部分动态再结晶;高应变速率(10 s^-1)下,不发生完全动态再结晶的变形温度扩大至800～950℃;实验钢的本构方程为■。动态再结晶图和本构方程的确定对实际生产中轧制工艺的设计、得到具备优良性能的特定类型的微观组织具有重要意义。     

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。     

大锻件非连续热变形组织演变宏微观模拟

综述了几种典型大锻件材料热加工过程组织演变建模方法。以核电用钢SA508-3从加热到锻造成形全流程微观组织演变规律为研究内容,建立了反映微观组织演变物理特性的唯象数学模型;以低碳钢SS400为研究对象,提出新形核参数辨识方法及位错关联型形核模型,开发了适用于预测该材料动态再结晶行为的元胞自动机模型;以30Cr2Ni4MoV低压转子钢为研究对象,将理论建模、数值模拟和实验研究相结合,根据应变-位错密度-再结晶-流变应力之间的宏微观相互影响规律,建立了包含奥氏体化晶粒长大-变形-回复-动态再结晶-亚动态再结晶和静态再结晶各过程在内的微观组织演变元胞自动机模拟方法,用于多道次热压缩微观组织演变;以核电用钢316LN不锈钢为研究对象,通过将多级元胞空间的概念引入到传统的元胞自动机模拟框架内,制定了再结晶中的元胞状态转变规则及不同级元胞空间之间的数据传递规则,建立了用于模拟动态再结晶的多级元胞自动机模型,其中包括新开发的全场多级晶粒拓扑变形模块以及多级再结晶形核模块,并对该模型进行了验证。介绍了对核电大型蒸汽发生器及水室封头成形进行新技术开发的工业应用案例,此外,结合多道次元胞自动机模型,集成热锻非连续变形多尺度数字化仿真系统,进行多工步、多道次拔长过程微观组织演变的多尺度模拟。     

DP780双相钢动态再结晶动力学研究

利用Gleeble-3500热模拟试验机对DP780双相钢进行单道次热压缩试验,研究其在变形温度950～1150℃、应变速率0. 05～10 s-1下的再结晶动力学行为,建立了修正的Stewart动力学模型,并分析了不同变形条件对材料显微组织演变的影响规律。结果表明:应变速率对试验钢热变形行为影响较大,在变形温度950～1150℃,应变速率0. 05～0. 1 s-1时,材料发生了明显的动态再结晶现象;试验钢动态再结晶显微组织演变过程为锯齿状晶界(εc)-项链组织(εm)-等轴晶(εss)。相比于Kim模型与Sellars模型,修正的Stewart模型能更好的描述试验钢的再结晶动力学行为,计算值与试验值的最大相对误差与平均相对误差均降低40%以上,相关系数R为0. 988。     

2.25Cr1Mo0.25V钢高温变形微观组织的演变分析与数值模拟

在Gleeble-3500热模拟试验机上对2.25Cr1Mo0.25V钢进行等温压缩试验,得到变形温度在900~1200℃、应变速率在0.001~10 s-1、变形量为60%时的高温流动应力-应变曲线。结合金相实验,研究2.25Cr1Mo0.25V钢在不同变形条件下微观组织的演变规律,建立2.25Cr1Mo0.25V钢在高温塑性变形过程中的动态再结晶数学模型。将模型与有限元结合,对热压缩过程的组织演化进行数值模拟,模拟结果与试验结果的相对误差小于11%,验证了模型的正确性。     

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。     

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。     

新型中合金超高强度钢的热变形行为北大核心CSCD

采用Gleeble-3800热模拟试验机研究了含有W、Mo等多种碳化物形成元素的新型中合金超高强度钢的热变形行为,变形温度为800~1200℃,应变速率为0.01~10 s^(-1),最大应变量为0.7。热模拟试验得到了试验钢的高温流变应力曲线,其变形抗力随变形温度的降低和应变速率的提高而增加。在变形温度1000℃以上进行热压缩时,试验钢可发生动态再结晶;变形温度的升高会促进晶粒粗化及二次再结晶的发生,而应变速率的提升有利于促进再结晶晶粒的细化和均匀化。根据试验钢的高温流变应力曲线,计算出试验钢的热加工本构方程,并建立了真应变为0.4的热加工图。结合微观组织演变的分析结果,得出试验钢的最佳热加工区域应为:变形温度为1000~1100℃、应变速率为1~10 s^(-1)。