本文關(guān)鍵詞：二相粒子材料動態(tài)再結(jié)晶行為的元胞自動機模型及其模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《山東大學(xué)》 2012年

二相粒子材料動態(tài)再結(jié)晶行為的元胞自動機模型及其模擬研究

禹寶軍  

【摘要】：隨著材料科學(xué)和計算機仿真技術(shù)的發(fā)展,材料制備科學(xué)正從傳統(tǒng)的正向研究向逆向研究過渡：從材料的組分、微觀組織結(jié)構(gòu)出發(fā),借助計算機模擬來設(shè)計工藝和預(yù)測材料性能,以便生產(chǎn)滿足使用要求的材料。 材料中存在的第二相粒子主要是加入合金元素以改善性能的產(chǎn)物。其中,隨著合金化和控軋控冷技術(shù)的普遍應(yīng)用,性能優(yōu)越的合金鋼和微合金鋼不斷得到開發(fā)和應(yīng)用。這兩類鋼在熱塑性變形過程中往往會形成一定數(shù)量和尺寸的第二相粒子,進而導(dǎo)致了它們的動態(tài)再結(jié)晶行為及其相應(yīng)的微觀組織變化,在很大程度上決定了最終鋼材產(chǎn)品的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。 元胞自動機(cellular automata,簡稱CA)模型是近年來發(fā)展起來的一種材料組織模擬模型,其算法結(jié)構(gòu)簡單、計算效率高,可直接考察體系局部交互作用及其產(chǎn)生的復(fù)雜行為對模擬系統(tǒng)的影響,在材料晶粒長大、靜態(tài)再結(jié)晶和動態(tài)再結(jié)晶模擬中得到了成功應(yīng)用。但是,在二相粒子材料動態(tài)再結(jié)晶行為模擬中的應(yīng)用還未及時開展,特別是考慮位錯密度非均勻分布的模擬模型也未見報道。構(gòu)建含有第二相的材料動態(tài)再結(jié)晶CA模型不僅可以實現(xiàn)變形溫度、應(yīng)變速率、初始晶粒尺寸、非均勻變形、第二相粒子尺寸和體積分?jǐn)?shù)等參數(shù)對流變應(yīng)力、再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)、穩(wěn)態(tài)平均晶粒尺寸等動態(tài)再結(jié)晶表征參數(shù)影響的模擬研究,為更好地認(rèn)識和控制熱塑性變形組織以優(yōu)化熱塑性變形工藝提供指導(dǎo),而且進一步挖掘了CA模型的潛力,拓展了其應(yīng)用范圍。因此,及時展開二相粒子材料動態(tài)再結(jié)晶CA建模、模擬技術(shù)開發(fā)及其模擬研究具有重要的理論和實際意義。 本文依據(jù)CA法、金屬材料熱變形物理冶金相關(guān)理論和相關(guān)實驗結(jié)果,建立了位錯密度均勻分布及位錯密度非均勻分布的單相材料動態(tài)再結(jié)晶CA模型,隨后引入第二相粒子的影響,創(chuàng)建了位錯密度非均勻分布的二相粒子材料動態(tài)再結(jié)晶CA模型；自主開發(fā)了相關(guān)動態(tài)再結(jié)晶模擬的關(guān)鍵技術(shù)；采用Visual Fortran語言編制上述模型的應(yīng)用程序,并通過系統(tǒng)的模擬研究和相關(guān)的實驗研究對所建模型及其模擬關(guān)鍵技術(shù)的合理性和應(yīng)用效果進行了檢驗。 首先,依據(jù)熱變形物理冶金學(xué)原理,在變形均勻和位錯密度均勻分布的假設(shè)前提下,建立了具有可靠物理機制的單相材料元胞自動機模型及其模擬算法,進行了相應(yīng)的應(yīng)用程序開發(fā),并且以無氧高導(dǎo)電性銅(OFHC)為例,成功地模擬和解釋了動態(tài)再結(jié)晶應(yīng)力-應(yīng)變曲線單峰／多峰現(xiàn)象。 其次,考慮了材料熱塑性變形時晶粒尺寸、晶界和局部缺陷等對位錯運動及其分布的影響機制,提出了位錯密度非均勻分布模型,并據(jù)其建立了新的單相材料動態(tài)再結(jié)晶CA模型。對相同變形條件下HPS485wf鋼的動態(tài)再結(jié)晶仿真結(jié)果比較表明,新模型較原模型更有效地模擬了動態(tài)再結(jié)晶過程,位錯密度非均勻模型更接近實際。應(yīng)用新模型全面、合理地模擬和探討了單一變形參數(shù)對HPS485wf鋼動態(tài)再結(jié)晶行為的影響規(guī)律。 然后,根據(jù)細(xì)小彌散的第二相粒子和大尺寸的第二相粒子對動態(tài)再結(jié)晶行為的影響機制,在新的單相材料動態(tài)再結(jié)晶CA模型的基礎(chǔ)上,創(chuàng)建了位錯密度非均勻分布的二相粒子材料動態(tài)再結(jié)晶CA模型。該模型綜合考慮了第二相粒子對位錯密度累積、動態(tài)再結(jié)晶形核及再結(jié)晶晶粒長大的影響,模擬結(jié)果較好地反映了第二相尺寸、體積分?jǐn)?shù)及動態(tài)析出對動態(tài)再結(jié)晶組織演變、動力學(xué)的影響規(guī)律,且經(jīng)受了相關(guān)實驗和理論的有效檢驗。 最后,為了驗證本文創(chuàng)建的二相粒子材料動態(tài)再結(jié)晶CA模型的合理性及其應(yīng)用效果,以典型二相粒子材料Q420qE鋼為研究對象,進行了動態(tài)再結(jié)晶過程的熱模擬實驗研究；采用這一模型模擬了該鋼的動態(tài)再結(jié)晶過程,并與熱模擬實驗相應(yīng)結(jié)果進行了對比。結(jié)果表明：本文所建模型較準(zhǔn)確地模擬了該鋼動態(tài)再結(jié)晶形核位置、動態(tài)再結(jié)晶晶粒長大組織及動態(tài)再結(jié)晶完成時的微觀組織；模擬的動態(tài)再結(jié)晶力學(xué)、動力學(xué)變化規(guī)律及變形參數(shù)對動態(tài)再結(jié)晶行為的影響規(guī)律與相關(guān)理論及熱模擬實驗結(jié)果相符合；同時,由于模型假設(shè)和實驗精度等的影響,動態(tài)再結(jié)晶速度模擬值與實際值之間存在一定誤差,進一步完善該模型有助于提高模擬精度從而提升其實際應(yīng)用價值。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TG111.7
【目錄】：

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【引證文獻】

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5 原思宇;特殊鋼棒線材熱連軋過程的有限元模擬與分析[D];大連理工大學(xué);2007年

6 申孝民;有限元與蒙特卡羅方法耦合的退火過程模擬模型及關(guān)鍵技術(shù)研究[D];山東大學(xué);2008年

7 廖舒綸;GCr15軸承鋼棒線材熱連軋過程微觀組織演化的數(shù)值模擬[D];大連理工大學(xué);2008年

8 劉運騰;織構(gòu)材料再結(jié)晶退火的蒙特卡羅模型及其模擬研究[D];山東大學(xué);2008年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 韓冰;7075z鋁合金高溫塑性變形行為研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2003年

2 江國棟;304不銹鋼棒線材熱連軋過程的數(shù)值模擬研究[D];大連理工大學(xué);2004年

3 周蘭聚;控軋控冷與正火工藝對Q370qE鋼板組織性能影響的研究[D];山東大學(xué);2006年

4 韓振強;基于Monte Carlo方法的金屬動態(tài)再結(jié)晶組織模擬[D];山東大學(xué);2007年

5 石巖;7050鋁合金熱壓縮變形行為與組織演化研究[D];中南大學(xué);2007年

6 趙健;橋梁鋼熱壓縮過程中動態(tài)再結(jié)晶的實驗研究與有限元模擬[D];山東大學(xué);2010年

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  本文關(guān)鍵詞：二相粒子材料動態(tài)再結(jié)晶行為的元胞自動機模型及其模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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