Aermet100钢热挤压变形过程晶粒演化相场模拟

论文摘要

本文在综合分析现有相场模型的基础上,研究了多晶体塑性变形和动态再结晶过程中的组织形貌演变规律。基于金兹堡-朗道（Ginzburg-Landau）相变理论,以形变动态再结晶机制理论为依据,并考虑双势阱函数和场变量之间存在交互作用,用变异常数法构建了表征形变储能与动态再结晶形核长大的自由能泛函表达式,并给出了求解该方程的数值方法。结合热力学与动力学理论,建立了热挤压变形模拟过程中相场唯象参数与变形温度、变形量和应变速率的半经验定量表达式。在此关系和再结晶相场自由能方程的基础上建立了适用于Aermet100钢热挤压变形动态再结晶的相场模型。基于该模型,用面向对象的程序开发工具编制了相场模拟软件,实现了宏观参数输入和微观结果输出、存储、显示、统计的自动运行,为Aermet100钢动态再结晶过程的多尺度间接同步耦合模拟创造了条件。对热挤压变形过程中工件上不同点的晶粒演变进行了模拟预报。模拟结果表明,塑性变形引起的晶界拉长和扭折是促进再结晶形核的主要因素。在变形过程中,工件平均晶粒尺寸随着再结晶体积分数的增加急剧减小,在再结晶完成后又有缓慢增加。模拟结果与试验结果基本吻合。在此基础上,进行了实际件模锻过程晶粒演变的相场模拟预报。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 经典形核长大理论
• 1.3 材料介观与微观尺度模拟理论及其发展状况
• 1.3.1 确定性模拟方法
• 1.3.2 随机性模拟方法
• 1.3.3 多尺度耦合模拟
• 1.4 形变动态再结晶过程组织结构模拟研究现状
• 1.4.1 Monte Carlo Potts 模型对变形组织静态再结晶过程的模拟
• 1.4.2 元胞自动机模型对变形组织静态再结晶过程的模拟
• 1.4.3 相场模型对应力应变场以及再结晶过程的模拟
• 1.5 热变形过程回复与再结晶模型
• 1.5.1 经典动态再结晶模型
• 1.5.2 静态再结晶模型
• 1.5.3 亚动态再结晶模型
• 1.6 研究内容
• 第2章 试验材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.3 晶粒演变模拟方法及关键技术
• 2.3.1 宏观热力数据的读取与输入
• 2.3.2 模拟结果的存储与显示
• 2.3.3 微观涨落的表征
• 2.3.4 晶界识别与晶粒尺寸统计
• 2.3.5 体积/面积分数统计
• 2.3.6 自动步长控制
• 第3章 热挤压过程晶粒演变相场模型
• 3.1 相场理论与物理模型
• 3.2 热挤压过程晶粒演变数学模型建立
• 3.3 相场参数与变形参数之间的定量关系
• 3.3.1 动力学系数与工艺参数关系的确定
• 3.3.2 热力学参数与工艺参数关系的确定
• 3.3.3 涨落参数与工艺参数关系的确定
• 3.3.4 Aermet100 钢参数转换系数的确定
• 3.4 本章小结
• 第4章 Aermet100 钢热挤压变形晶粒演变模拟
• 4.1 数值模拟的输入参数与计算条件
• 4.2 晶粒演变模拟结果及讨论
• 4.2.1 表面与心部不同时刻的晶粒形态模拟与验证
• 4.2.2 工件各部位终态组织形态模拟结果及验证
• 4.2.3 试样不同部位再结晶体积分数与晶粒度计算结果
• 4.3 本章小结
• 第5章 实际件模锻过程中晶粒演变数值模拟
• 5.1 模拟对象点的选择与宏观数据输入
• 5.2 模拟结果及讨论
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢