收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

金属热变形及焊缝凝固过程的元胞自动机模拟

邓小虎  
【摘要】: 金属材料性能很大程度上取决于其微观组织,因此控制材料微观组织演变对热加工过程的理论发展和技术优化有重要的意义。长期以来,对金属成型过程微观组织演变的研究主要建立在实验和半经验公式基础上,这种方法既增加了产品成本、延长了生产周期,又无法直接观察材料的微观组织演变过程。近年来,随着高性能计算设备和新的模拟技术的出现,计算机模拟成为研究热加工过程微观组织演变的重要手段。元胞自动机(CA)法是一种广泛应用的材料介观组织模拟方法,与传统的数值计算和模拟方法相比,它在物理系统的计算和模拟中的应用更为灵活。CA法的转变规则兼具确定性和随机性,可以很好的和材料加工理论模型结合在一起,因此适合于模拟晶粒形核与长大过程。本文采用CA方法分别对金属热变形和焊接凝固过程的微观组织演变进行了模拟,主要内容如下: (1)基于动态再结晶组织转变原理,建立了纯金属动态再结晶过程的二维CA模型。模型综合考虑了位错密度演变、动态再结晶形核及再结晶晶粒长大等一系列过程。在纯金属模型基础上,建立了包含粒子的合金动态再结晶CA模型。模型认为第二相粒子存在使粒子附近发生粒子激发形核,并且会增强位错累积和阻碍晶界迁移。模型分别被应用到纯铜和GCr15轴承钢单道次热压缩过程。模拟结果表明初始晶粒尺寸及热加工参数都对动态再结晶动力学有很大影响。将模拟结果和实验结果进行了对比,吻合较好。 (2)建立了预测金属材料双道次热变形过程的二维CA模型。模型综合考虑了热变形涉及的动态再结晶、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。利用模型分别对纯铜和GCr15轴承钢双道次热压缩过程进行模拟来验证模型。探讨了道次间隔时间和第一道次变形量对微观组织演变、应力-应变曲线和再结晶动力学的影响。模拟结果和实验数据及理论模型基本一致。 (3)在二维CA模型基础上,建立了动态再结晶过程的三维CA模型。三维模型采用了立方元胞单元和改进的Moore型邻居。将动态再结晶三维CA模型应用到纯铜和GCr15轴承钢单道次热压缩过程中,探讨了不同初始晶粒尺寸和热变形参数对动态再结晶过程的应力-应变曲线和再结晶动力学的影响。 (4)将晶粒变形技术引入到动态再结晶过程的CA模型中,建立了准同步的耦合模型。基于元胞尺寸变化的均匀拓扑变形技术能有效的模拟晶粒形状的改变。模型被用来模拟纯铜和GCr15轴承钢单道次热压缩过程,讨论了热压缩过程晶粒变形对动态再结晶微观组织演变和再结晶动力学的影响。 (5)通过耦合CA和蒙特卡罗(MC)方法,建立了熔焊焊缝凝固过程的二维模型。模型通过有限差分(FD)法求解热传导及溶质扩散过程,采用CA/MC法构建固相晶粒的形核和长大规则,通过凝固潜热处理及固/液界面前沿溶质再分配将CA/MC和FD方法结合在一起。将模型应用到17Cr-Ti-N不锈钢的焊缝凝固过程,预测了TiN作为形核孕育剂条件下焊缝凝固组织的柱状晶向等轴晶转变(CET)。模拟结果和实验结果基本一致。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 姚忠凯;雷廷权;徐州;孟繁盛;门学勇;;12CrNi3A钢和18Ni马氏体时效钢的热变形与再结晶规律的研究[J];材料热处理学报;1983年01期
2 郭会光,岳伟;Mn18Cr18N型护环钢动态再结晶临界条件的建立[J];大型铸锻件;1995年04期
3 张廷华,王轶农,王福臣;热变形参数对50CrV钢奥氏体组织状态的影响[J];佳木斯大学学报(自然科学版);1995年04期
4 司鹏程,李建成,王健,张桢敏;冷轧态CP276Al-Li合金超塑性的研究[J];机械工程材料;1997年02期
5 邹菲菲;关小军;韩振强;申孝民;麻晓飞;刘运腾;;09CuPTiRE钢动态再结晶的热模拟实验与有限元模拟[J];山东大学学报(工学版);2006年05期
6 秦梅;张敏刚;郑建军;田香菊;;AZ31变形镁合金性能与组织的研究[J];山西冶金;2008年02期
7 谢志翔;刘清友;杨景红;甘国友;;微量钼对微合金钢动态再结晶的影响[J];钢铁研究学报;2009年01期
8 梁甜;靳兰芬;黄克琴;;16Mn钢奥氏体动态再结晶及晶粒细化的研究[J];材料科学与工艺;1989年Z1期
9 姚祖斌;张锦云;;供应状态LY12CZ硬铝合金的动态再结晶与超塑性研究[J];材料科学与工艺;1991年02期
10 东健司;顾景诚;;实用铝合金的超塑性(下)[J];轻金属;1991年08期
11 刘志义;崔建忠;尹立新;白光润;;2091铝锂合金的动态再结晶诱发超塑性[J];科学通报;1993年01期
12 欧文沛,黄伯云,贺跃辉,周科朝,曲选辉;TiAl+Sb合金蠕变性能的研究[J];热加工工艺;1997年03期
13 钟志平,曹起骧,马喜腾;A508c1.3钢动态再结晶晶粒长大模型的研究[J];大型铸锻件;1998年04期
14 林均品,程荆卫;Al-2Mg合金的动态再结晶[J];中国有色金属学报;1999年03期
15 刘腾,刘冰,雷毅,刘志义;Al-Mg合金动态再结晶诱发超塑性时的空洞行为[J];中国有色金属学报;2000年06期
16 李海,刘志义,雷毅;2091铝锂合金动态再结晶诱发超塑变形中的空洞行为[J];中国有色金属学报;2001年S1期
17 陈学军,赵宪明,王国栋,刘相华;采用动态再结晶临界应变估算静态再结晶动力学方程[J];钢铁研究;2002年02期
18 黄朝晖,李园春,王淑云;一种变应变速率组合的TiAl合金细晶方法探讨[J];航空材料学报;2003年02期
19 刘建涛,陈焕铭,胡本芙,刘国权,张义文;某新型粉末高温合金的高温变形与动态再结晶[J];兵器材料科学与工程;2004年04期
20 孟利,杨平,崔凤娥,赵祖德;镁合金AZ31动态再结晶行为的取向成像分析[J];北京科技大学学报;2005年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘伟;廖书全;张剑锋;涂益友;蒋建清;;钒微合金化对高碳钢动态再结晶行为影响[A];2009热轧钢材组织性能预报研究与应用学术研讨会文集[C];2009年
2 刘攀;魏元生;惠卫军;杨红新;刘荣佩;雍岐龙;包耀宗;;研究非调质钢38MnVS锻造过程中奥氏体再结晶现象[A];2011年全国高品质特殊钢生产技术研讨会文集[C];2011年
3 王文君;刘宇雁;陈林;金自力;任慧平;;SPCC钢塑性变成形中动态再结晶的数学模型与仿真分析[A];2009热轧钢材组织性能预报研究与应用学术研讨会文集[C];2009年
4 张鹏;秦鹤勇;谢静;熊运森;;GH4698动态再结晶行为研究[A];第十二届中国高温合金年会论文集[C];2011年
5 陈晓霞;唐伟能;陈荣石;;固溶态Mg-3Gd-1Zn合金热压缩过程中的动态再结晶[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
6 包喜荣;陈林;刘宇雁;郭亚鹏;;U71Mn、RE-Ⅱ重轨钢动态再结晶数学模型[A];2009热轧钢材组织性能预报研究与应用学术研讨会文集[C];2009年
7 何燕;张立文;牛静;;利用元胞自动机方法模拟多晶金属材料的动态再结晶过程[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
8 曲杰;金泉林;;伴随动态再结晶的黏塑性本构关系的材料参数识别[A];2002年材料科学与工程新进展(下)——2002年中国材料研讨会论文集[C];2002年
9 张娅;曾小勤;卢晨;;ZK60-MM镁合金铸态和挤压态组织和性能研究[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
10 张娅;曾小勤;卢晨;丁文江;;Mg-Zn-Y-Zr合金热变形行为和变形机制研究[A];2005年全国计算材料、模拟与图像分析学术会议论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王丽君;桥梁钢热压缩变形动态再结晶行为的双尺度模拟[D];山东大学;2011年
2 季海鹏;基于元胞自动机法的316LN不锈钢动态再结晶组织预测[D];燕山大学;2013年
3 禹宝军;二相粒子材料动态再结晶行为的元胞自动机模型及其模拟研究[D];山东大学;2012年
4 吕滨江;第二相对Mg-Zn-Zr-Y镁合金动态再结晶演变及热加工性的影响[D];重庆大学;2014年
5 高增;铝合金搅拌摩擦点焊过程及其动态再结晶数值模拟[D];河南理工大学;2012年
6 欧阳德来;TB6和TA15钛合金β锻组织演变及动态再结晶行为研究[D];南京航空航天大学;2011年
7 陈飞;热锻非连续变形过程微观组织演变的元胞自动机模拟[D];上海交通大学;2012年
8 陈昊;聚能金属射流形成及侵彻过程中的动态变形研究[D];南京理工大学;2012年
9 李娜丽;初始组织及变形条件对AZ31镁合金热挤压组织和织构演变的影响研究[D];重庆大学;2013年
10 刘丽娟;钛合金Ti-6A1-4V修正本构模型在高速铣削中的应用研究[D];太原理工大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 付雪松;AZ31轧制变形与AZ31/Al热轧复合工艺研究[D];大连理工大学;2010年
2 赵婉伊;AZ80合金热塑性成形微观组织演化及仿真研究[D];重庆大学;2010年
3 于翔;AZ61B镁合金热加工成形的数值模拟及组织预报[D];重庆大学;2004年
4 卢瑜;纯铜及纯镍动态再结晶过程的二维元胞自动机模拟[D];大连理工大学;2008年
5 韩冰;7075z铝合金高温塑性变形行为研究[D];广东工业大学;2003年
6 韩振强;基于Monte Carlo方法的金属动态再结晶组织模拟[D];山东大学;2007年
7 李永明;H型钢热轧过程微观组织和工艺参数的仿真研究[D];山东大学;2009年
8 肖心萍;累积叠轧焊法制备超细晶镁合金及组织细化机制研究[D];燕山大学;2006年
9 邹菲菲;09CuPTiRE钢动态再结晶的有限元数值模拟[D];山东大学;2007年
10 谭小明;AM30镁合金显微组织与热变形行为研究[D];重庆大学;2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;通过动态再结晶细化铸态奥氏体晶粒[N];世界金属导报;2004年
2 刘李斌 刘雅政 何建中 李扬 常大勇;CSP工艺生产X60管线钢轧制过程中的动态再结晶特性[N];世界金属导报;2005年
3 朱革媚 译;CSP集成技术的最新进展[N];中国冶金报;2006年
4 刘朝霞;钢铁材料中形变诱导铁素体相变研究最新进展[N];世界金属导报;2005年
5 缪成亮 尚成嘉 张国栋;高铌管线钢平板和卷板轧制中的再结晶和应变积累行为[N];世界金属导报;2011年
6 陶少清;以先进的显微组织控制技术生产汽车板[N];世界金属导报;2003年
7 廖建国;日本开发出铁素体系不锈钢显微组织预测技术[N];世界金属导报;2005年
8 国;日本晶粒超细化研究现状及未来发展①[N];世界金属导报;2004年
9 郭廷杰;超微细晶粒钢微金属化法现状和展望[N];世界金属导报;2002年
10 陈国安 杨王玥 郭守真 孙祖庆;低碳微量铌钢形变强化相变的组织演变[N];世界金属导报;2004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
  • 010-62982499
  • 010-62783978