基于元胞自动机法的7055铝合金动态再结晶模拟研究

利用等温热压缩实验建立了7055铝合金的流变应力、位错密度、形核率以及晶粒长大模型,并基于元胞自动机(CA)法模拟研究了7055铝合金在变形温度300~450℃,应变速率0.01~10 s~(-1),真实应变0.7条件下的微观组织演变。结果显示,高温、高应变速率有利于动态再结晶的形核;而高温、低应变速率有利于动态再结晶的充分进行,并能降低微观组织的平均晶粒尺寸,提升材料的组织均匀性。通过CA法模拟获得的流变应力曲线与实验值吻合较好。     

元胞自动机法模拟铝合金三维枝晶生长

以元胞自动机模型为基础,基于晶粒形核和生长的物理过程及热质传输过程,建立了铝合金凝固过程微观组织形成及枝晶形貌演化的三维元胞自动机模型.与传统的元胞自动机不同,该模型不仅考虑了温度场扩散而且考虑了固液相中的溶质扩散、曲率过冷等重要因素.枝晶尖端生长速度与局部过冷度的关系采用KGT(Kurz-Giovanola-Trivedi)模型,温度场和浓度场计算采用有限差分法.使用该模型模拟了单晶生长和多晶生长.模拟结果表明,所建立的模型能够合理反映质点形核、单晶粒生长和多晶粒生长,微观组织形貌的模拟计算结果合理.     

基于华铸CAE的铝合金元胞自动机晶粒模拟研究

为了快速得到凝固过程中介观晶粒组织演化结果,基于华铸CAE宏观温度场模拟结果,采用CA方法对介观晶粒的形核和生长过程进行了模拟研究,并通过框形铸件对模型进行了验证。结果表明,冷却速度较快时晶粒密度较大,冷却速度较慢时晶粒密度较小;模拟得到的晶粒尺寸分布基本满足正态分布规律;框形铸件晶粒组织模拟结果与试验金相结果符合较好。     

钢材腐蚀损伤过程的元胞自动机模拟

采用元胞自动机方法对腐蚀环境下钢材的腐蚀行为进行了模拟,依据钢材在腐蚀环境下的实验研究结果和元胞自动机原理,定义了元胞自动机模型的局部演化规则,分别对钢材在腐蚀环境下蚀坑表面和深度腐蚀形貌发展过程进行了模拟。通过对比元胞自动机模型在不同溶液初始浓度c和溶解概率p条件下的模拟结果,确定了能够真实反映蚀坑形貌的模拟条件,并且讨论了不同的c和p对模拟形貌的影响。结果表明,随着p和c的增长,蚀坑等效半径和深度随腐蚀时间t呈现近似幂函数增长。同时,将蚀坑深度模拟结果与依据Komp提出的理论公式计算结果进行对比,符合程度非常高,验证了CA模型的可行性和正确性。     

金属在湿大气环境下初期腐蚀行为的元胞自动机模拟

大气腐蚀是金属在自然环境下服役中常见的一种腐蚀现象。本文采用元胞自动机方法对金属在湿大气腐蚀环境下的腐蚀行为进行了模拟。根据元胞自动机的机理和金属在湿大气环境下的初期腐蚀机理的实验研究结果,建立了元胞自动机模型的演化规则,对金属腐蚀过程中的电化学反应和扩散过程进行了模拟。通过对元胞自动机模型在不同参数下进行的模拟结果,确定了能够比较真实反应腐蚀坑形貌的模拟条件。同时统计了电解质中各元胞的浓度分布,并对比湿大气环境下金属腐蚀的机理进行了分析和讨论,模拟结果与实际结果一致。     

一种改进的三维元胞自动机模拟铝合金凝固

以元胞自动机模型为基础,基于晶粒形核和生长的物理过程,建立了铝合金凝固过程演化的三维元胞自动机模型.枝晶尖端生长速度与局部过冷度的关系采用KGT模型,温度场和浓度场的计算采用有限差分法.模型中采用大小两套网格分别进行宏观温度场和微观组织演变的计算,提高了计算效率,使用该模型模拟了铝合金单晶生长以及铝合金在金属模具中的凝固情况,得到了在不同浇注温度下典型的柱状晶向等轴晶转变的三维图形.     

基于元胞自动机模型的铝合金晶粒尺寸预测

铸造过程期望获得细小均匀的等轴晶粒,但晶粒尺寸难以直接测量.因此,建立可靠的数学模型来预测晶粒尺寸是必要的.基于元胞自动机(CA)模型模拟枝晶生长,该模型在基于枝晶生长动力学基础上模拟铝合金凝固过程中的微观组织演变,以此获得平均晶粒尺寸.CA模型模拟结果与Lipton Glicksman Kurz(LGK)模型结果基本...     

基于元胞自动机法模拟凝固过程微观组织的研究进展

元胞自动机法是一种模拟金属凝固过程微观组织的有效方法,是目前的研究热点,具有广阔的应用前景。对比了元胞自动机法与通常所用相场法的区别,综述了近年来用元胞自动机法模拟合金凝固微观组织的国内外研究现状,分析了当前急待解决的主要问题,并指出了今后的发展方向。     

LSPWES法半固态组织演化的元胞自动机模拟

为理解低过热度浇注弱电磁搅拌(LSPWES)过程中铝合金半固态球晶组织形成的基本规律和演化机制,建立了元胞自动机(Cellular Automaton)和有限元(Finite Element)相结合的宏微观耦合模型,并分析了电磁搅拌对凝固过程的影响,计算了不同搅拌参数下的流场信息,模拟了该方法中不同工艺参数下A356铝合金的凝固组织,得到了最佳的工艺参数。模拟和试验结果表明,当浇注温度为630℃时,施加短时弱电磁搅拌后,增大了形核率,使同时发生凝固的区域增大,提高了晶粒在各个方向上生长的均匀性,促进了球晶组织的形成。此时,最佳搅拌参数:电源频率为10Hz,搅拌功率为1.2kW,搅拌时间为6s。     

TC21钛合金动态再结晶行为的元胞自动机模拟

为研究热加工工艺不同变形参数对TC21钛合金塑性成形过程中微观组织的影响,本文利用Gleeble-3500型热模拟试验机进行等温恒应变速率热压缩实验,研究了TC21钛合金在不同变形条件下的热变形行为;并以TC21钛合金在热压缩过程中微观组织演变为基础,通过对TC21钛合金的位错密度模型、再结晶形核和晶粒长大模型的推导,建立了元胞自动机模型,并基于元胞自动机模型对TC21钛合金β单相区变形过程中的动态再结晶行为进行了模拟和验证。结果表明：该合金的流变应力随着温度的降低和应变速率的升高而增大;结合元胞自动机模拟结果分析得,在β单相区内该合金动态再结晶体积分数与变形温度成正比,而与应变速率成反比。     

基于元胞自动机法的等轴枝晶生长数值模拟

基于溶质扩散和界面能的作用,考虑成分过冷、曲率过冷、界面能各向异性和界面扰动等因素,建立了单个等轴枝晶的生长模型.采用元胞自动机(cellular automata)方法模拟了枝晶生长、界面扰动和分枝的竞争演化.对液相中的溶质传输进行了计算.通过模拟发现,凝同过程中溶质容易富集在枝晶臂之间,同时,随着凝固时间的延长,界面前沿的溶质浓度梯度逐渐下降.     

基于元胞自动机的金属静态再结晶行为研究进展

静态再结晶是材料变形后通过热处理来改变组织状态的重要现象.本文重点综述总结了金属静态再结晶行为的数值模拟研究,首先简要介绍了计算材料科学中常用的元胞自动机(Cellular automata,CA)模拟方法,然后分别对元胞自动机模拟的动力学模型和物理模型发展进行详细综述,并分析总结了近年来元胞自动机在金属及其合金静态再...     

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。     

采用元胞自动机法模拟凝固微观组织的研究进展

系统论述了元胞自动机(CA)方法模拟凝固微观组织的原理,同时介绍了这种方法在国内外的研究现状。实际上,国内外的研究主要经历了从晶粒结构到枝晶结构,从二维到三维、从没有流场到包含流场的逐步深入的发展历程。最后对CA方法的进一步研究方向提出建议,指出CA方法需要进一步完善现有模拟过程中所采用的生长动力学模型,同时可以将应用范围向半固态凝固领域拓展。     

动态再结晶过程的元胞自动机模拟

结合金属热加工过程的冶金学原理,基于非均匀分布的位错密度场,建立了动态再结晶二维元胞自动机模型(Cellular Automaton),并对不同应变速率和不同变形温度条件下的动态再结晶过程进行了模拟。结果表明:动态再结晶存在明显的孕育期;再结晶晶核优先在晶界处产生;提高变形温度或者降低应变速率均能促进动态再结晶的进行。     

热挤压态纯镁晶粒长大行为的元胞自动机模拟

基于晶界迁移的热激活原子跃迁理论和曲率驱动机制建立了正常晶粒长大的随机型元胞自动机模型。模型定量追踪了元胞空间中每个离散晶界段上的曲率、晶界能和晶界迁移率,计算该晶界段的局部迁移速率并转化为元胞状态转换概率,考察了晶界能和晶界迁移率各向同性及各向异性条件下晶粒生长的拓扑演变和动力学特性。以热挤压态纯镁等温退火为例验证了模型的有效性。结果表明,所建立的元胞自动机模型能够反映晶粒长大过程中晶界能下降的总体趋势,与晶界能和晶界迁移率各向同性的理想条件相比,各向异性条件下晶粒长大指数和拓扑特征与试验结果更为接近。     

Nimonic 80A高温合金静态再结晶行为元胞自动机模拟

为研究Nimonic 80A高温合金双道次热压缩变形过程中静态再结晶组织结构演变特征,基于热加工过程中加工硬化、动态回复、静态回复、静态再结晶等物理冶金学原理,建立了二维元胞自动机模型。模型给出了静态回复系数、孕育期、晶界迁移速率等参数的变化方程。为了确定各方程中的参数,进行了一系列双道次热压缩实验。模拟结果表明,随着间隙时间和温度的增加,静态再结晶晶粒尺寸和再结晶分数均显著增加。其中,随着间隙时间的增加,未再结晶部分的静态回复作用增强,新晶粒的长大驱动力逐渐减小,静态再结晶分数增加的速率缓慢降低直至趋于0。实验结果证实,该元胞自动机模型能有效预测Nimonic 80A高温合金热变形过程中的静态再结晶行为。     

焊缝金属凝固组织元胞自动机模拟

应用元胞自动机方法进行了焊缝金属凝固组织的模拟.所建立的焊缝凝固组织二维元胞自动机模型考虑了晶粒的概率性成核、曲率过冷、温度过冷、成分过冷、潜热的释放、溶质浓度的再分布以及焊接熔池晶粒的联生长大等影响因素.模型在统一网格下分别采用差分法计算温度和溶质的扩散,应用元胞自动机方法模拟晶粒形核及生长.模拟结果能够定性地再现焊缝金属晶粒择优取向与竞争长大机制.结果表明,元胞自动机方法较好地反映了焊缝金属凝固的特点,是焊缝凝固组织模拟的新途径.     

7050铝合金内部沿晶微裂纹热塑性修复的元胞自动机模拟

根据7050铝合金单道次热压缩变形实验数据,对建立微裂纹修复的元胞自动机(CA)模型所需相关参数进行辨识和计算。利用Microsoft Visual C++平台编制了包含拓扑变形机制、位错密度演变机制、动态再结晶动力学机制的沿晶微裂纹热塑性修复的微观组织CA演化规则。针对裂纹表面和母相晶界的不同特征,提出再结晶过程中表面能和晶界能驱动下不同的晶粒长大方式。CA模拟结果表明:一定条件下的热塑性变形和动态再结晶可完全修复材料内部微裂纹,且裂纹愈合过程中出现的分段愈合特征与实验结果相吻合,但裂纹愈合的形貌演化取决于裂纹形态、裂纹表面形核率和形核位置、新晶粒长大方向与速度。     

铜在KCl溶液中电化学腐蚀过程的元胞自动机模拟研究

铜电极在KCl电解质溶液中的电化学腐蚀已有循环伏和红外光谱电化学研究，然而，腐蚀过程的动力学和机理还不十分清楚．本文以SCILAB自由软件编程的元胞自动机方法模拟了该腐蚀过程的动力学，与实验结果一致，结合红外光谱、量子化学计算结果，进一步在分子尺度上探讨铜在实验条件下的腐蚀过程的机理：腐蚀动力学曲线在较短时间（〈200...