收藏本站
《山东大学》 2008年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

织构材料再结晶退火的蒙特卡罗模型及其模拟研究

刘运腾  
【摘要】: 随着计算机仿真技术的发展,材料的制备科学正从传统的正向研究向逆向研究过渡,基于材料的性能来设计其成分、微观组织结构及其形成工艺已成为可能。变形及热处理工序对于金属材料的微观组织结构形成过程及其最终性能至关重要,其中,退火工艺及其所对应的再结晶组织和织构的演变直接决定了冷变形织构材料最终组织结构和性能。织构是多晶体材料中晶粒取向偏离随机分布的一种介观结构,其存在状态导致了材料性能的相应变化,引起了国际材料学界的广泛关注。近些年来,材料制备过程中织构形成-演变规律及其机理已成为研究热点,特别是开展织构材料退火组织演变的模拟研究更为必要。 Monte Carlo(MC)方法是以概率和统计学理论为基础的一种数值计算方法,其所属的MC Potts模型具有分析复杂组织与可视化仿真的能力,在理想材料晶粒长大和再结晶模拟中已得到成功应用,这为织构材料退火组织演变模型及其模拟研究奠定了良好基础。因此,为了初步实现织构材料再结晶组织及其织构变化规律的模拟预报,进行织构材料退火工艺优化的模拟试验,深入认识材料再结晶组织及其织构的变化和形成机制,进一步探讨再结晶织构形成理论,丰富材料微观组织结构变化过程的模拟研究和计算材料学理论,本文采用MC方法进行了织构材料退火组织演变的建模及其模拟研究,这一研究具有重要的理论意义和实际价值。 首先,鉴于建模和模拟结果分析的需要,本文自主开发了一些相关的关键模拟技术,主要包括:提出了一种新的晶粒尺寸统计方法;给出了两种晶粒边数统计方法及用途;通过三参数非线性拟合方法,很好地解决了传统晶粒长大拟合方法精度偏低的问题;采用一种改进的Voronoi模型以生成不同的平均应变和晶粒尺寸分布的模拟初始组织。 其次,全面研究了二维正常晶粒长大MC模型中“点阵类型”、“结点的选择方法”、“能量计算过程考虑邻近结点的情况''和“新取向的选择方法”等不同模型参数对晶粒长大过程的影响,通过晶粒长大指数和模拟效率的综合分析,发现了最优的参数组合模型,即“六边形点阵”、“随机选择结点”、“能量计算考虑最邻近和次邻近结点”和“从邻近结点中选择新取向”的组合最理想。 随后,为了拓展模拟研究范围,提出了一个三维六方点阵正常晶粒长大MC模型,并与三维立方点阵正常晶粒长大MC模型的模拟结果进行了全面对比,所模拟的晶粒尺寸和晶粒面数分布与三维立方点阵模型和现有理论分析均吻合,而考虑“更大范围邻近结点”的能量计算方式的这一模型所模拟的晶粒长大指数更接近理论值。 然后,基于二维正常晶粒长大MC优化模型,创建了一个新的织构材料晶粒长大MC模型。该模型采用欧拉角表示晶粒取向,使得晶粒取向、织构和取向差具有实际意义;使得晶界各向异性对晶粒长大的影响更接近实际。在初始组织中可以依据实验设定织构状态,模拟织构对晶粒长大的影响。与传统的MC模型相比,该模型不仅适合于织构材料正常晶粒长大的模拟,而且可用于异常晶粒长大的模拟。对于晶粒尺寸近似呈对数正态分布且具有单一立方织构的初始组织的异常晶粒长大过程模拟表明,平均晶粒尺寸随织构半峰宽增加而变大;织构体积分数总体影响较小,只在半峰宽较小且体积分数很大时才抑制晶粒长大;平均晶粒长大速度受到晶界能量、迁移率和异常长大晶粒数量的影响。 再者,基于织构材料晶粒长大MC模型、相关的实验研究和以前建立的二维再结晶MC模型,创建了一个新的具有明确物理基础的织构材料变温回复-再结晶模型。该模型采用塑性变形理论或EBSD实验方法构建介观初始储能场;考虑了织构对回复阶段储能变化以及亚晶长大的影响;形核遵循亚晶异常长大形核机制;针对不同材料的再结晶织构发展特点,在再结晶形核-长大模型中分别引入定向形核机制和选择生长机制;考虑了退火温度变化对再结晶退火过程组织演变的影响。相应的模拟研究所揭示的变形量和退火温度对于再结晶组织演变的影响规律与相关实验和现有再结晶理论一致。 最后,综合所创建的二维织构材料晶粒长大和再结晶MC模型,本文得到了一个全面考虑织构对材料再结晶退火过程组织演变影响的二维织构材料退火组织模拟模型。且分别针对冷轧ELC-BH钢板及1060(L2)工业纯铝板进行了退火实验和模拟研究,证实了该模型是合理的且较好地模拟了实际变形织构材料的再结晶退火过程组织演变。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TG156.2

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 尤世武;铝锂合金形变热处理的织构组织[J];稀有金属快报;2001年10期
2 方志杰,郭进,邓文;混合稀土对AB_5贮氢合金织构生长特性影响的PLS研究[J];广西大学学报(自然科学版);2002年03期
3 杨平,常守海,孙祖庆;低碳钢热变形过程中铁素体的织构形成规律[J];材料研究学报;2003年05期
4 张德芬,胡卓超,王福,左良;冷轧3004铝合金再结晶织构的研究[J];轻金属;2004年01期
5 倪思康;高磁感低损耗硅钢薄带[J];上海钢研;1975年03期
6 毛卫民;铝板轧制织构的定量研究[J];北京科技大学学报;1990年01期
7 董炎明,邓红英;芳香共聚酯B-N多种向列织构的形态研究[J];高分子学报;1991年05期
8 周和平,王英,刘梦林;具有c轴丝结构的YBa_2Cu_3O_(7-δ)体材料的制备[J];无机材料学报;1991年02期
9 温熙宇,王玉林,郑汤曾,孙淑华;3004铝合金铸轧板均匀化热处理的组织和织构[J];金属热处理学报;1994年03期
10 晓越;具有织构表面的Nd_12Fe_80B_6Ga_1纳米晶快淬带[J];金属功能材料;1994年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 季红;季勇;周萍;郑鹉;王艾玲;姜宏伟;;退火对NiCo薄膜各向异性磁电阻(AMR)的影响[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅰ[C];2004年
2 覃继宁;张荻;张国定;王文龙;Jae-Chul Lee;;SiC颗粒增强6061铝基复合材料ECAP过程的织构研究[A];2004年材料科学与工程新进展[C];2004年
3 覃继宁;张荻;张国定;王文龙;Jae-chul Lee;;SiC颗粒增强6061铝基复合材料ECAP过程的织构研究[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
4 胡广勇;马瑞新;王超群;;Mo基片上钨镀层织构的研究[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
5 严峰;赵敏;吴昆;;SiC_w/MB15镁基复合材料超塑性变形过程中的织构分析[A];复合材料:生命、环境与高技术——第十二届全国复合材料学术会议论文集[C];2002年
6 李慧峰;辛宪诚;张文康;;中间退火温度对高牌号无取向电工钢组织、织构及性能的影响[A];2010第11届中国电工钢专业学术年会论文集[C];2010年
7 吴小弟;闻发平;郑芳;;耐指纹板丝状斑迹和热轧高斯织构关系的分析[A];中国金属学会2003中国钢铁年会论文集(4)[C];2003年
8 段外琴;张清辉;师绍广;陈冷;;热浸镀锌钢板的织构与耐腐蚀性研究[A];第十二届中国体视学与图像分析学术会议论文集[C];2008年
9 孙颖;赵宇;李波;;低温板坯加热取向硅钢退火工艺研究[A];2010第11届中国电工钢专业学术年会论文集[C];2010年
10 朱景环;程国安;徐寒冰;;用极图法测钕铁硼永磁体的织构[A];第二届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1995年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 唐诗全;攀钢一项应用性基础研究课题通过鉴定[N];世界金属导报;2003年
2 李京成;热轧薄板的生产技术[N];世界金属导报;2000年
3 陈昌云;厂务公开用机制做保障[N];中国矿业报;2004年
4 ;金属塑性变形微观机理及织构若干问题的研究[N];湖南日报;2004年
5 ;微合金化元素在硅钢片中的作用[N];世界金属导报;2005年
6 廖建国;薄钢板开发现状和未来展望①[N];世界金属导报;2003年
7 明晨;冷轧超低碳钢热变形条件对退火特性的影响[N];世界金属导报;2005年
8 ;热轧薄板技术有新进展[N];中国冶金报;2001年
9 广康;手机应该这样打[N];经济参考报;2001年
10 先越蓉;热轧温度对各向异性硅钢组织和性能的影响[N];世界金属导报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘运腾;织构材料再结晶退火的蒙特卡罗模型及其模拟研究[D];山东大学;2008年
2 洪波;电沉积铜薄膜中织构与内应力的研究[D];上海交通大学;2008年
3 马修水;三坐标测量机动态误差源分析、建模与修正技术研究[D];合肥工业大学;2005年
4 常丽丽;变形镁合金AZ31的织构演变与力学性能[D];大连理工大学;2009年
5 周耐根;薄膜晶体缺陷形成与控制的分子动力学模拟研究[D];南昌大学;2005年
6 吴化平;具有择优取向的多晶铁电薄膜的力学性能研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
7 常海威;金属离子高温注入金属表面合金化机制研究[D];大连理工大学;2006年
8 袁振宇;NiTi形状记忆合金薄膜在MEMS中应用的相关基础研究[D];上海交通大学;2006年
9 景春国;低能射线法油水气相含率测量研究[D];燕山大学;2008年
10 冯勇进;分形理论及其在多孔介质和纳米流体热导率上的应用[D];华中科技大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 周宇;国产新锆合金管材冷轧过程中的微观组织与织构研究[D];重庆大学;2012年
2 刘颖峰;定向凝固织构研究及机理的探讨[D];湘潭大学;2004年
3 杨玉娥;织构对铁电薄膜有效模量的影响[D];湘潭大学;2004年
4 马飞;晶体表面能各向异性分析及其对薄膜中异常晶粒生长的驱动作用[D];陕西师范大学;2004年
5 柯立勤;HFCVD金刚石多晶膜的形貌、织构和孪晶的研究[D];中南大学;2004年
6 刘培;组织及织构对镁合金室温拉伸性能的影响[D];重庆大学;2011年
7 王一坤;多向限制变形和直接轧制1050工业纯铝组织与性能研究[D];燕山大学;2012年
8 孙晓琴;熔盐法合成BaTiO_3以及片状SrTiO_3的研究与机制[D];武汉理工大学;2004年
9 高燕;IF钢铁素体区热轧工艺研究[D];河北理工大学;2005年
10 杜伟;铌钛复合超纯430铁素体不锈钢的工艺研究[D];东北大学;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026