相场方法研究变形镁合金的晶粒分布

结合多态相场(MSPF)模型与晶体畸变模型,获得变形镁合金初始变形晶粒组织以及合金内部的非均匀储存能分布,计算模拟不同退火温度条件下的再结晶形核和晶粒长大的微观演化过程,分析退火温度对再结晶晶粒长大和晶粒尺寸的影响,对比不同时刻的再结晶晶粒分布特征。结果表明:在相同的变形条件下,位错密度高的区域,如晶界附近,储存能较高,再结晶形核最先在高储存能区域出现,并通过合并与吞噬机制长大;而在变形晶粒内部,储存能较低且分布相对均匀,再结晶过程中形核长大较慢。不同退火温度下晶粒尺寸权重概率的分布表明:低温下会出现双峰结构和异常晶粒长大现象;高温下晶粒长大较快,晶粒尺寸分布向大尺寸方向变化且趋于均匀。     

变形合金的亚晶组织演化的相场模型

将多态相场(MSPF)模型与品格畸变模型结合,根据合金的储存能分布,应用于亚晶组织的演化研究.通过构造变形晶粒的初始亚晶组织,计算模拟再结晶过程中亚晶通过合并与吞噬机制进行长大的微观演化过程,系统研究了变形量对亚晶尺寸分布和亚晶长大速率的影响.结果表明,在储存能较高的区域(如晶界附近处),亚晶较细小,分布较密集;再结晶过程中,亚晶密度高的区域最先出现亚晶合并和吞噬现象,并通过该机制使再结晶晶粒形核和长大;而在变形晶粒内部,亚晶分布较均匀且数量密度低,尺寸较大,亚晶合并长大的速率较慢.再结晶晶粒尺寸权重概率分布表明,变形量大的合金,晶粒尺寸较快地变大,完成再结晶的时间较短,而变形量较小的合金,晶粒尺寸变化较慢,再结晶完成的时间较长.亚晶组织演化的模拟结果与实验结果相符.     

静态再结晶过程的元胞自动机模拟（I）——微观组织演化和动力学研究

采用正六边形网格划分法、最近邻邻居关系及周期性边界条件的二维元胞自动机（CA）法,建立了热加工过程中静态再结晶的微观组织演化模型。在此基础上分析了形变组织和微观结构的演化,以及再结晶动力学和储存能的变化情况。结果表明：变形程度越大,形变组织的晶粒形态越偏离等轴状。模型可动态的再现再结晶过程中的微观组织演变,晶粒形态、晶粒尺寸符合静态再结晶基本规律。模拟得到的动力学符合JMAK理论。Avrami曲线的斜率在2．5左右。随着变形程度的增加,储存能降低的速度加快,完成静态再结晶所需的时间缩短。此规律满足能量降低准则。充分表明本模型能够较好的模拟静态再结晶过程。     

静态再结晶过程的元胞自动机模拟(Ⅰ)——微观组织演化和动力学研究

采用正六边形网格划分法、最近邻邻居关系及周期性边界条件的二维元胞自动机(CA)法,建立了热加工过程中静态再结晶的微观组织演化模型。在此基础上分析了形变组织和微观结构的演化,以及再结晶动力学和储存能的变化情况。结果表明:变形程度越大,形变组织的晶粒形态越偏离等轴状。模型可动态的再现再结晶过程中的微观组织演变,晶粒形态、晶粒尺寸符合静态再结晶基本规律。模拟得到的动力学符合JMAK理论。Avrami曲线的斜率在2.5左右。随着变形程度的增加,储存能降低的速度加快,完成静态再结晶所需的时间缩短。此规律满足能量降低准则。充分表明本模型能够较好的模拟静态再结晶过程。     

Nb-Ti-Al高温合金的再结晶动力学和晶粒长大行为

研究了Nb-Ti-Al高温合金的静态再结晶行为及晶粒长大行为,并通过实验得出了再结晶动力学和晶粒长大方程.结果表明:冷轧变形后,合金在880～1000℃进行退火处理,可获得均匀、细小的晶粒,再结晶晶粒体积分数与退火时间的关系可用Avrami方程进行描述.随着冷轧变形量的增加,再结晶激活能逐渐减小,其范围为274.05 ～ 198.45 kJ/mol.在850 ～1000℃的温度范围内,研究了加热温度和时间对合金晶粒尺寸变化的影响.     

热轧Mg-1Zn和Mg-1Y合金退火组织演变及静态再结晶行为

对比研究了高温轧制制备的Mg-1.02Zn及Mg-0.76Y(质量分数,%)合金在不同温度退火条件下的组织演变及静态再结晶和晶粒长大动力学行为.结果表明,Mg-1Zn合金的轧制组织以剪切带和孪晶为主,在剪切带和孪晶内伴随着动态再结晶;而Mg-1Y合金的轧制组织中只有孪晶,未观察到剪切带和再结晶发生.退火过程中,Mg-1Zn合金静态再结晶过程主要受控于形核过程,而Mg-1Y合金则既受控于形核过程又受控于长大过程.利用经典的JMAK模型和长大模型分别描述了2种合金热轧制后的静态再结晶和晶粒长大动力学过程,结果表明,静态再结晶过程的Avrami因子n值与理想预测值偏离可能来自于再结晶的不均匀形核.固溶稀土Y原子比Zn原子对晶界移动的拖曳作用更强,导致Mg-1Y合金比Mg-1Zn合金晶粒长大因子n’更高.     

ZK60镁合金热变形过程中的动态再结晶动力学

采用Gleeble-1500热模拟机对ZK60镁合金在温度为200～400℃、应变速率为0.001～10s-1、最大变形量为60%的条件下进行恒应变速率高温压缩实验,研究高温变形过程中合金的动态再结晶行为;采用EM模型描述合金的动态回复曲线,以此为基础,得出ZK60合金热压缩过程中的动态再结晶动力学Avrami方程.利用有限元模拟合金热压缩过程中的动态再结晶.结果表明ZK60合金热压缩过程中由于存在动态再结晶的软化作用,流变应力达到峰值后逐渐减小,并最终达到稳态;随着变形量的增加和变形温度的升高,动态再结晶体积分数增加,合金变形更加均匀;随着应变速率的增加,动态再结晶分数有所减小,且.变形也更不均匀.     

F35MnVN非调质钢静态再结晶模型的研究

在Gleeble-3800热模拟实验机上对F35MnVN非调质钢进行双道次压缩实验,获得不同变形条件下的应力应变曲线,根据Avrami方程建立静态再结晶动力学模型,计算出静态再结晶激活能为178.2 kJ·mol-1.在Gleeble-3800热模拟实验机上对F35MnVN非调质钢进行单道次压缩实验(与双道次条件相同),对试样进行金相实验,并建立静态再结晶晶粒尺寸模型.研究结果表明,实验结果与模型预测结果吻合较好,此模型可适用于F35MnVN非调质钢热变形过程中的数值模拟以获得较好的热加工工艺参数.     

热变形低碳钢中奥氏体静态再结晶介观尺度模拟

采用晶体塑性有限元（CPFEM）和元胞自动机（CA）耦合的方法模拟了热变形低碳钢的静态再结晶．CPFEM的计算结果定量描述了介观尺度上奥氏体变形储能的不均匀分布，为模拟再结晶的形核和长大提供了依据，从而在再结晶CA模型中考虑了不均匀变形的影响．模拟结果显示：变形储能分布不均匀使得再结晶在不同位置的形核密度不同，形核集中在晶界以及晶内储存能较大的区域；随着临界形核储能的降低，形核数量增加，再结晶晶核的位置分布趋于均匀．对不同形核判据下的再结晶动力学也作了讨论．     

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.     

A Multi-phase Field Model for Static Recrystallization of Hot Deformed Austenite in a C–Mn Steel

A multi-phase-field model has been developed to simulate the microstructure evolution and kinetics of the austenite static recrystallization(SRX) in a C–Mn steel. In this model, the bulk free energy that coupling the deformation stored energy with a special interpolation function is incorporated. Both the deformed grain topology and the deformation stored energy have been included in order to investigate the influence of pre-deformation on the subsequent austenite SRX at different hot deformation levels. Diverse scenarios of microstructure evolution show different deformation-dependent recrystallized grain sizes. The transformation kinetics is then discussed by analyzing the overall SRX fraction and the average interface velocity on the recrystallization front.     

Simulation of Static Recrystallization After Cold Side-Pressing of Low Carbon Steels Using Cellular Automata

In this article, the finite element and cellular automata models are coupled to determine static recrystallization kinetics after cold deformation of low carbon steels. The deformation analysis is first performed to predict the strain, stress, and stored energy distributions within the deformed steel employing the finite element software, ABAQUS. Then, the kinetics of static recrystallization and distribution of recrystallized grain size are evaluated by means of a cellular automata model together with the stored energy calculated by the deformation analysis. To examine the predictions, the experimental results of recrystallized fractions and grain sizes after cold side-pressing of low carbon steel are compared with the predicted ones, and a reasonable agreement is achieved.     

EFFECT OF AUSTENITE DEFORMATION ON ISOTHERMAL INCUBATION TIME OF PROEUTECTOID FERRITE NUCLEATION

A calculation method for the isothermal nucleation incubation time of pro-eutectoid ferriteformed from deformed austenite has been developed by introducing Feder's incubation timeexpression into the decomposition of deformed austenite.The effects of austenite deformationstored energy and austenite grain boundary energy change on the incubation time have beentheoretically calculated and the rule of calculated results is consistent with that ofexperiments,this confirms that austenite deformation stored energy and the change ofaustenite grain boundary energy are the natural effect of austenite deformation on ferritenucleation.     

多晶铜形变显微组织及其再结晶行为

采用TEM研究了多晶铜形变及再结晶的显微组织特征,结果发现：多晶铜的形变显微组织表现为3种不同类型,形变显微组织与晶粒的晶体学取向存在明显的依赖关系;在不同形变显微组织中位错边界两侧亚晶的取向差及位错边界间距进行定量分析的基础上,估算了第一类型组织的位错密度及其储存能,发现不同类型组织间存在明显的差别;对形变后的试样进行再结晶退火后发现,再结晶形核机制为晶界弓出形核,晶界弓出方向为储存能较高的晶粒。     

奥氏体形变对先共析铁素体等温形成孕育期的影响SCIEI

将Feder相变孕育期表达式引入形变奥氏体的分解中,建立了奥氏体形变条件下先共析铁素体等温形成孕育期的计算方法,计算了奥氏体形变储能和奥氏体晶界能量变化对相变孕育期的影响,计算结果与实验所得规律一致。     

Simulation of strain induced abnormal grain growth in aluminum alloy by coupling crystal plasticity and phase field methods

A mesoscale modeling methodology is proposed to predict the strain induced abnormal grain growth in the annealing process of deformed aluminum alloys. Firstly, crystal plasticity finite element (CPFE) analysis is performed to calculate dislocation density and stored deformation energy distribution during the plastic deformation. A modified phase field (PF) model is then established by extending the continuum field method to consider both stored energy and local interface curvature as driving forces of grain boundary migration. An interpolation mapping approach is adopted to transfer the stored energy distribution from CPFE to PF efficiently. This modified PF model is implemented to a hypothetical bicrystal firstly for verification and then the coupled CPFE-PF framework is further applied to simulating the 2D synthetic polycrystalline microstructure evolution in annealing process of deformed AA3102 aluminum alloy. Results show that the nuclei with low stored energy embedded within deformed matrix tend to grow up, and abnormal large grains occur when the deformation is close to the critical plastic strain, attributing to the limited number of recrystallized nuclei and inhomogeneity of the stored energy.     

介观尺度上热变形奥氏体储存能演化的计算机模拟

为了定量描述热变形奥氏体在介观尺度上微观变形的非均匀性,采用晶体塑性有限元方法(crystal plasticity finite element method,CPFEM)模拟了C—Mn钢在不同变形条件下的变形行为,得到了在介观尺度上奥氏体的微观应力应变和变形储存能分布．模拟所得到的应力一应变曲线与文献测定的应力一应变曲线基本一致．通过对真应变为0．5,变形速率为50s^-1的热变形奥氏体的研究发现,即使在外部的均匀变形条件下,无论是在晶粒内部还是晶粒间,材料内部变形都非常不均匀．这种变形不均匀性主要是由晶粒的初始取向不同,近邻晶粒的取向差,以及变形时滑移系的运动特性不同所引起的．本文定量描述了介观尺度上奥氏体变形储存能不均匀分布,为结合介观尺度组织模拟,实现组织演变的多尺度耦合计算提供了参考．     

形变组织对水电用高强度贝氏体钢再加热奥氏体晶粒长大的影响

对某水电用800 MPa调质贝氏体高强钢进行了热变形-热处理晶粒长大的实验室联合试验。采用Gleeble-3500热力模拟试验机对钢试样进行不同工艺热压缩变形后冷却至室温,随后对试样进行模拟淬火再加热,在900～1200℃不同温度和保温时间条件下奥氏体化,研究热变形组织的差异对重新奥氏体化晶粒长大的影响规律。结果表明,不同应变速率(0.01～10 s^-1)、变形温度(900～1150℃)和60%工程应变下,试验钢获得的变形组织大致可分为3类：带有明显变形特征的组织、均匀细小的完全再结晶组织和已长大粗化的再结晶组织。3类组织再加热过程中其晶粒长大趋势基本相同,起始晶粒尺寸越大则最终奥氏体晶粒尺寸越大;但在950℃等温时,带有明显变形特征组织的变形试样奥氏体晶粒先缓慢长大后又迅速长大粗化。经评估验证,所建立的Sellars模型、Beck模型和Hillert模型晶粒长大动力学方程对于试验钢的奥氏体晶粒长大行为均有比较满意的预测效果。3类变形组织对应的Hillert模型及Sellars模型中奥氏体长大激活能基本相同,说明同一成分钢种的初始组织的差异并未显著影响晶粒长大机制...