基于元胞自动机法的7050铝合金热压缩组织演变建模研究

摘要

7050铝合金是典型的高强高韧航空结构材料,因其具有优良的综合力学性能,其锻件被广泛应用于飞机重要零部件的制造,例如起落架的隔框、翼梁和托架等承载构件。金属的宏观力学性能由微观组织结构所决定,在热加工的过程中,不仅金属的宏观形状会发生改变,其微观组织也会发生变化,例如动态再结晶、动态回复等。因此,了解和掌握金属在热塑性变形时的微观组织变化规律对提高其综合性能和控制产品的质量都有非常重要的意义。
　　传统的微观组织模拟方法是在实验基础上,建立经验公式所描述的唯象模型,只能对微观组织演变进行定性的分析,随着计算材料科学的发展,使得人们可以建立从本质上反映微观组织演变的模型,目前常用的方法有蒙特卡罗法、相场法和元胞自动机法,通过对比不同方法的优缺点,本文选用元胞自动机法来建立微观组织演变的模型。
　　为了建立7050铝合金的热塑性变形微观组织演变模型,首先采用Gleeble1500热模拟机进行不同温度和应变速率条件下的热压缩实验,得到真应力-应变曲线,定性分析了在不同变形条件下7050铝合金的流变行为和组织演化规律,表明7050铝合金在高温低应变速率的情况下的软化机制主要是动态再结晶,同时建立了7050铝合金的高温流变应力模型;其次基于MATLAB软件,根据晶粒长大的曲率驱动机制和晶界稳定存在的条件,建立了单相晶粒正常长大的元胞自动机模型,结合压缩变形过程中的实际情况,构建了晶粒变形的拓扑变形模型,使模拟过程和实际情况相吻合;最后,结合位错运动是金属塑性变形的本质原理,基于位错机制的再结晶形核条件和晶粒生长的动力学理论,建立了动态再结晶过程的元胞自动机模型,利用此模型对不同变形条件下的热压缩过程进行了模拟,分析了应变、变形温度、应变速率对动态再结晶行为的影响,并和热压缩实验进行了对比,符合热压缩实验所得到的规律,初步验证了本文建立动态再结晶模型的合理性。