考虑粒子阻碍效应的再结晶元胞自动机模型

为了更合理地仿真第二相粒子材料的再结晶过程,在单相材料再结晶元胞自动机模型中引入Zener亚晶长大阻力和小粒子钉扎晶界的元胞取向转换规则,创建了细小的第二相粒子材料的再结晶元胞自动机模型,实现了铁素体钢板的再结晶退火过程仿真.结果表明:所建模型全面考虑了变温-回复、晶粒变形储能不均、亚晶异常长大形核机制和小粒子阻碍效应的综合影响,模拟的组织演变及其动力学分析揭示了与理论和实际相符的规律:小粒子尺寸越小、数量越多,再结晶抑制效应越强,再结晶的孕育期及过程越长.     

变形温度对动态再结晶行为的影响

用改进的元胞自动机(cellular automata,CA)模型及其参数辨识方法研究变形温度对动态再结晶(dynamic recrystallization,DRX)行为的影响.模型中,以位错密度内变量描述加工硬化、动态回复以及动态再结晶形核和长大等一系列微观组织的演化过程,变形温度通过改变位错密度的累积速率影响DRX形核与长大,形核率与晶粒长大速度都是位错密度的函数,反映了变形储能对DRX行为尤其是形核行为的影响.模拟结果与实验结果吻合良好,表明在不同的变形温度下,改进的CA模型及其参数辨识方法是有效的.     

690合金高温连续变形动态再结晶行为

应用液压机对690合金圆锥试样在3种不同温度下(1100、1140和1180℃)进行连续压缩变形实验,利用光学显微镜和背散射衍射技术研究690合金在热加工过程的动态再结晶行为.研究发现:在连续热压缩变形过程中动态再结晶以三叉晶界形核—原始晶界形核—孪晶形核(孪晶界和孪晶碎化)—晶内形核的顺序发展,而孪晶促进了690合金的再结晶过程.     

不同形核机制下对动态再结晶过程模拟研究

为了研究形核机制对多晶金属材料热加工过程的影响,通过建立动态再结晶的二维元胞自动机模型,模拟了3种形核机制下动态再结晶组织的演化过程,得到了热加工过程中再结晶平均晶粒尺寸的变化规律及生长动力学特征.模拟结果表明,再结晶平均晶粒尺寸的变化规律由形核机制和生长方式共同决定,但稳态时的平均晶粒尺寸只与总的形核数目有关;生长动力学曲线均呈S形,其变化规律符合JMAK理论;Avrami指数的大小取决于晶核的空间分布.     

镁合金高温流动特性与动态再结晶的关联机制

为了揭示"热变形—位错密度—动态再结晶—流动应力"之间的关联机制,采用元胞自动机方法定量模拟了镁合金AZ31B高温流动应力与动态再结晶微观组织演化行为.以初始微观组织和热力加工参数为输入量,位错密度为关键内变量模拟热变形过程中加工硬化、动态回复、动态再结晶形核和晶粒长大等微观组织演化过程,同时通过位错密度的统计平均值计算了宏观流动应力.结果表明:动态再结晶启动后位错密度分布呈现高度不均匀性,但其统计平均值曲线与流动应力曲线一致,呈现典型的动态再结晶特征;热力加工参数通过改变位错密度累积速度影响动态再结晶形核和长大行为;动态再结晶演化反过来又改变了材料位错密度分布进而影响后续的动态再结晶行为,导致材料流动应力发生变化.     

材料微观组织CA法模拟的研究现状

建立微观组织演变模型,模拟晶粒形核生长过程及组织分布和偏析情况在近年来已经成为国内外科研工作者的研究热点。在微观组织的模拟方法中,常用的有蒙特卡罗(MC)法和元胞自动机(CA)法。CA法由于其模型结构简单,在空间和时间尺度上都不受限制,适合于大型机的并行计算,而受到更多研究者的青睐。研究表明CA法在金属凝固,静态再结晶及轧制变形所引起的动态再结晶等过程的模拟中,表现出了其特有的优越性。概述了元胞自动机(CA)方法在微观组织模拟中的建模方法及应用,并综述了目前此方面研究工作的进展现状。     

面向灾害蔓延仿真的元胞自动机通用模型

为模拟灾害蔓延而建立的元胞自动机模型种类繁多,但尚无一种通用的建模方法。基于此提出了一种面向灾害蔓延仿真的元胞自动机通用模型。首先,通过解析灾害蔓延机理和理论模型,根据灾害动态发展变化过程的相似性,将灾害蔓延分解为灾害量集、时空邻域集、判定规则集、更新规则集4个部分;其次,采用元胞自动机的建模方法将4个部分重新组合,构建灾害蔓延的元胞自动机参数计算仿真模型;最后,利用所提方法改进了A.Ohgai的城市火灾蔓延模型,并进行了实例验证分析。研究结果表明：所提模型只需输入环境数据和灾害起始扰动,就能得到灾害模型中的各项动态参数,可为多种灾害蔓延仿真提供通用建模方法和实现模式。     

CA法模拟不同形核方式对再结晶的影响

在原有形核方式的基础上,提出了改进的位置过饱和形核和改进的恒定速率形核方式,利用元胞自动机方法(CA法),并利用Matlab开发工具,建立了形成较均匀核心的二维再结晶模型.研究了不同的形核方式、不同邻居类型和边界条件对再结晶动力学、晶粒形态及尺寸的影响.结果表明:形核方式对再结晶动力学影响较大,邻居类型对其影响不明显;采用ISS和ICR方式形核时,微观组织接近等轴状.且以ISS方式形核时,晶粒尺寸的分布最均匀.     

多次相变中固-固相变形核的相场法模拟

综合考虑晶界缺陷与溶质在晶界处富集对区域自由能的影响,建立多次相变中固-固相变的形核模型,采用该模型对Fe-C二元合金多次相变中固-固相变的形核过程进行模拟研究.结果表明:材料多次相变微观组织演化是一个连续的过程,后次相变受前次相变结果的影响;受到形核功和自由能的影响,铁素体晶粒优先在奥氏体的晶界处形核;不同形核位置的铁素体有不同的形态;新模型可以用于相场法研究材料多次相变中微观组织连续演化,能真实地再现多次相变中固-固相变的形核过程.     

基于元胞自动机的30CrMo钢动态再结晶组织演变规律研究

根据30CrMo钢的热模拟实验数据,建立了基于动态再结晶物理机制的位错密度、形核率及晶粒长大模型,并采用元胞自动机(CA)方法模拟了30CrMo钢在不同温度及应变速率下的微观组织演变规律。结果显示,通过CA方法模拟得到30CrMo钢的流变应力曲线及平均晶粒尺寸均与实验值吻合较好,所建模型的有效性和准确性得到验证。当应变速率一定时,变形温度越高越利于动态再结晶的充分进行,稳态下晶粒尺寸相对较大;而当变形温度一定时,高应变速率条件下材料的形核率较大,再结晶晶粒较细小。     

Effect of compression direction on the dynamic recrystallization behavior of continuous columnar-grained CuNi10Fe1Mn alloy

The dynamic recrystallization (DRX) behavior of continuous columnar-grained (CCG) CuNi10Fe1Mn alloy was investigated by hot compression along the solidification direction (SD) and perpendicular to the solidification direction (PD). Specimens were compressed to a true strain of 0.8 at temperatures ranging from 25℃ to 900℃ and strain rates ranging from 0.01 to 10 s-1. The results indicate that DRX nucleation at grain boundaries (GBs) and DRX nucleation at slip bands (SBs) are the two main nucleation modes. For SD specimens, C-shaped bending and zig-zagging of the GBs occurred during hot compression, which made DRX nucleation at the GBs easier than that at the SBs. When lnZ ≤ 37.4 (Z is the Zener–Hollomon parameter), DRX can occur in SD specimens with a critical temperature for the DRX onset of ~650℃ and a thermal activated energy (Q) of 313.5 kJ·mol-1. In contrast, in PD specimens, the GBs remained straight, and DRX nucleation occurred preferentially at the SBs. For PD specimens, the critical temperature is about 700℃, Q is 351.7 kJ·mol-1, and the occurrence condition of DRX is lnZ ≤ 40.1. The zig-zagging of GB morphology can significantly reduce the nucleation energy at the GBs; as a result, DRX nucleation occurs more easily in SD specimens than in PD specimens.     

三叉晶界迁移的晶体相场研究

【目的】研究三叉晶界对晶界迁移的影响。【方法】采用晶体相场(Phase Field Crystal,PFC)方法模拟包含一个环形晶粒的三晶系统中三叉晶界的迁移过程。【结果】环形晶粒在演化过程中不断收缩,三叉晶界迁移具有自相似性;三叉晶界迁移速率与晶界曲率成正比。【结论】三叉晶界对晶界迁移有拖曳作用,且晶界曲率越小,拖拽作用越明显。     

Compressive deformation behavior of an indirect-extruded Mg-8Sn-1Al-1Zn alloy

The medium and warm deformation behaviors of an indirect-extruded Mg-8Sn-1Al-1Zn alloy were investigated by compression tests at temperatures between 298 and 523 K and strain rates of 0.001–10 s?1. It was found that the twinning-slip transition temperature was strain rate dependent, and all the true stress-true strain curves could be divided into two groups: concave and convex curves. Associated microstructural investigations indicated that the dynamic recrystallization (DRX) behavior of the alloy varied with deformation conditions. At high strain rate and low temperature, dynamically recrystallized grains preferentially nucleated and developed in the twinned regions, indicating that twinning-induced DRX was dominant. While, at low strain rate, DRX developed extensively at grain boundaries and twins, and the process of twinning contributed to both oriented nucleation and selective growth. For the studied alloy, cracks mainly initiated from the shear band and twinning lamellar over the ranges of temperature and strain rate currently applied.     

Effect of Nb on the dynamic recrystallization behavior of high-grade pipeline steels

The dynamic recrystallization (DRX) behavior of high-grade X80/X100 pipeline steels with different Nb contents was investigated through single pass compression experiment using a Gleeble 1500 thermomechanical simulator. By the regression of stress-strain data obtained in the experiment, the deformation activation energy of DRX was identified, and the critical strain was calculated with the Poliak-Jonas (P-J) method. Based on the analysis, the occurrence condition and kinetics of DRX were determined. The results show that as the Nb content increases from 0.08wt% to 0.095wt%, the activation energy of recrystallization raises from 365 to 395 kJ/mol. The critical strain of DRX can be determined more accurately by the P-J method, and the ratios of critical strain to peak strain of X80 and X100 pipeline steels are 0.51 and 0.49, respectively, which are similar to the results achieved by other researchers and calculated with empirical formulae.     

Mg-9Gd-4Y-0.6Mn合金在293～723 K时的变形行为及微观组织演变

研究Mg-9Gd-4Y-0.6Mn 合金在应变速率为0.01 s-1、变形温度为293～723 K时的压缩塑性变形行为, 并在光学显微镜下观察合金在不同变形温度下的表面滑移线及孪生变形形貌与内部微观组织. 研究结果表明： 合金流变应力应变曲线在不同温度呈现出不同的形状, 加工硬化、动态回复和动态再结晶在不同的温度各自起到了重要的作用;在523 K以上时非基面滑移已被激活, 形变孪生在296～723 K范围都存在, 在673 K以上出现动态再结晶;动态再结晶晶粒优先在原始晶界和粗大第二相粒子处形核, 同时在723 K还观察到晶界弓出形核和＂孪生＂动态再结晶现象.     

S38MnSiV非调质钢热变形行为及组织演变

利用MMS-300热模拟试验机开展单道次压缩实验和光学显微组织观察,研究了S38MnSiV非调质钢在温度为1173~1423K及应变速率为001~10s-1条件下的热变形行为,获得了应变速率和变形温度对该钢动态再结晶行为及组织的影响规律,按照双曲正弦方法确定了实验钢的热变形激活能和本构方程.结果表明:变形温度越高,应变速率越低,越有利于动态再结晶的发生;随着动态再结晶的进行,奥氏体平均晶粒尺寸随应变的增加逐渐减小;当应力达到稳态时,奥氏体晶粒尺寸不再随应变而发生变化.     

铝锂合金超塑性变形模型

透射电镜(TEM)观察表明 8090 和 CP276 铝锂合金在超塑性变形最佳条件下,除位错滑移、攀移和扩散蠕变外,还发生贯穿变形始终的动态回复和动态再结晶,研究指出,8090和 CP276 铝锂合金的超塑性变形是位错滑移、在晶界上的位错攀移、三角晶界处阻碍晶粒的动态再结晶及扩散蠕变共同协调晶界滑动的过程,其中,在晶界上的位错攀移及三角晶界处阻碍晶粒的动态再结晶是两个交替作用的速控过程。本文提出了有动态回复和动态再结晶参与协调晶界滑动的超塑性变形复合模型。由该模型解释了 8090 铝锂合金冷、热轧态及 CP276铝锂合金超塑性能的差异。     

钢中动态再结晶力学测定及其数学模型

采用物理模拟的方法，对W18Cr4V高速钢和H13热作模具钢热变形过程中的动态再结晶规律进行了研究，提出采用加工硬化率-应变图可以判断动态软化的开始和结束所对应的应变．与传统的采用应力-应变图的方法相比，该方法具有准确、直观的优点．采用该方法，可以判断动态软化的类型．建立了W18Cr4V高速钢和H13热作模具钢的动态再结晶的动力学、晶粒尺寸的数学模型．     

低碳9Ni钢的动态再结晶数学模型

利用MMS-300热模拟实验机对9Ni钢进行了温度范围为800～1150℃、应变速率范围为0.05～1s-1的单道次压缩实验.通过应力-应变曲线研究了9Ni钢的动态再结晶规律,采用硬化率-应力(θ-σ)曲线较精确地确定了动态再结晶的临界条件和峰值应力应变.采用回归法确定了双曲线本构方程中的材料常数和动态再结晶激活能(269kJ/mol),并建立了临界应变、峰值应变和峰值应力与无量纲参数Z/A之间的关系.利用Avrami方程和应力应变曲线建立了9Ni钢动态再结晶动力学模型.