金属热锻过程再结晶与晶粒长大演化的数值模拟

摘要

近20年来，随着计算机技术及数值计算方法的发展，基于有限元的数值模拟技术已成为研究塑性成形问题的强有力工具，并在对金属热成形过程的数值模拟的研究中取得突破性进展，已能比较准确地预测出各种变形场量的分布。目前，对金属热成形的研究工作已经不只是局限于研究金属的宏观塑性流动行为或局部热力参数的分布，而是倾向于研究各种金属材料内部微观组织演变规律，进而可根据锻件的组织和性能要求来优化变形技术方案和工艺参数，达到优质、高效、低能的制造锻件的要求。因此，借助于计算机模拟技术预测金属塑性成形过程中的微观组织演变，促进先进塑性加工技术的发展具有重要意义。 本文通过对模拟体积成形的商业软件DEFORM-TM进行二次程序开发使其具有对金属（C-Mn 钢）热锻过程微观组织演变过程具有数值模拟和预测功能。具体工作为通过DEFORM-TM提供的用户子程序开发功能，利用Absoft Fortran为工具将热变形过程及过程间歇期发生的动态再结晶、亚动态再结晶、静态再结晶及晶粒长大等本构模型编制程序并嵌入到DEFORM-TM中，从而实现了DEFORM-TM具有微观组织模拟预测功能。并通过两个实例进行数值模拟分析以验证作者二次开发程序的可行性。成功地为金属（C-Mn 钢）热成形的工艺模拟和微观组织演变预报提供一个可靠的通用的模拟模块。也再次验证了金属晶粒大小对金属性能影响很大。而金属进行热加工后的晶粒度大小与变形程度、变形速率、变形温度、多道次变形的停歇时间、金属的层错能和化学成分及原始晶粒度有关。 随着锻压技术和现代科学技术的发展，相信研究金属热成形过程中的微观组织演变和晶粒度的预测和数值模拟必触发新一轮的材料热加工数值模拟的高潮，更好的将CAE的优势体现在CAD/CAM/CAO/CAPP中，为制造业的发展助一臂之力。