纯铜及纯镍动态再结晶过程的二维元胞自动机模拟

摘要

热变形产品的最终微观组织形态是决定其性能的重要因素，因此一直以来材料热变形过程动态再结晶的显微组织形态及其演变规律是人们非常关心的一个问题。本文以热变形过程的金属学原理为基础，将位错密度增长速度、再结晶晶粒形核率及长大速率与应变率和温度相结合，建立了一类改进的动态再结晶二维元胞自动机模型。模型考虑了温度、应变率、应变、变形时间等对动态回复、形核、再结晶晶粒长大等一系列过程的影响，分别模拟了不同热变形工艺下纯铜和纯镍动态再结晶微观组织的变化过程，并将模拟结果与前人的实验结果进行了比较和分析，得到结论如下： (1)模拟了不同热变形条件下纯铜和纯镍动态再结晶微观组织的演变过程，得到的动态再结晶组织形貌符合典型动态再结晶微观组织结构的特点。 (2)当应变充分时，提高应变速率或降低温度能细化动态再结晶晶粒，但同时也减小动态再结晶速度。得到了不同条件下的再结晶动力学曲线，其特点与实验观测到的再结晶动力学规律相符。 (3)模拟得到的应力．应变曲线与相同条件下实验曲线基本一致，模拟结果再现了实验观察到的应力．应变曲线特征。随着温度的升高或应变率的降低，流变应力曲线由单峰向多峰转变，峰值应力和稳态应力也随之减小。 (4)模拟了初始晶粒尺寸对动态再结晶流变应力曲线特征的影响。结果表明，在细小的初始晶粒材料中，周期性动态再结晶更容易发生。 (5)利用模型可计算任一时刻任一再结晶晶粒的尺寸及稳态晶粒尺寸。不同条件下稳态晶粒尺寸的计算结果与实验结果符合较好，为今后热加工过程微观组织的控制和预测工作奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1材料科学中的计算模拟

1.2介观尺度上的计算模拟方法

1.3元胞自动机的产生与发展

1.4 CA法在材料学中的应用

1.4.1 CA法在静态再结晶中的应用

1.4.2 CA法在动态再结晶中的应用

1.5课题研究背景及意义

1.6本文的主要研究内容

2热变形过程基本原理

2.1基本概念

2.2动态回复

2.3动态再结晶

2.4再结晶晶粒长大

2.5动态再结晶理论

2.5.1唯象理论

2.5.2改进唯象理论

2.5.3位错理论

2.6实际生产中的热变形

3元胞自动机方法

3.1元胞自动机的基本思想

3.2元胞自动机的构造

3.2.1元胞空间的划分

3.2.2元胞状态的数目

3.2.3邻域的定义

3.2.4边界条件

3.2.5元胞状态的转变规则

3.3元胞自动机的基本特征

4动态再结晶计算模型的构造

4.1模型假设

4.2数学模型

4.2.1位错密度增长模型

4.2.2形核模型

4.2.3再结晶晶粒长大模型

4.3.二维元胞自动机模型

4.3.1 CA模型概述

4.3.2初始组织的CA模型

4.3.3动态再结晶的CA模型

5纯铜动态再结晶过程模拟结果与分析

5.1初始组织模型的模拟结果

5.2动态再结晶模型的模拟结果与分析

5.2.1微观结构的演化过程

5.2.2热变形条件对动态再结晶行为的影响

5.2.3初始晶粒组织对动态再结晶过程的影响

6纯镍动态再结晶过程模拟结果与分析

6.1初始组织模型的模拟结果

6.2动态再结晶模型的模拟结果与分析

6.2.1微观结构的演化过程

6.2.2应变率对动态再结晶行为的影响

7结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢