GH4169合金热变形动态再结晶模拟

摘要

GH4169合金因其优异的综合性能，被广泛应用在宇宙航天、石油工业及核能等领域，该合金的另一个特点是其组织对热成形工艺特别敏感;故掌握热加工过程中GH4169合金工艺参数与组织演变间的关系，并建立合金热成形过程组织演变的模型，对优化合金的性能及针对不同要求制定合理的工艺规程具有非常重要的应用价值。
　　随着材料科学及计算机模拟技术的发展，目前涌现出大量描述材料组织演变的数学模型，其中流行的有经验模型及元胞自动机模型。经验模型能在一定范围内保证模拟的精度，并能嵌入有限元软件进行运算;元胞自动机模型在模拟复杂系统演变方面有着独特的优越性，故近来受到了越来越多学者的重视;但对于GH4169合金组织演变模拟领域，目前经验模型的应用较少，特别是元胞自动机模型的研究更是鲜有报道。
　　由于动态再结晶是GH4169合金热变形过程中发生的主要演变过程，针对合金的热变形特性，本文分别使用两种不同模型对其进行了数值仿真。主要内容如下：
　　(1)通过对GH4169合金试样进行不同工艺条件下的热压缩模拟实验，得到了该合金的真应力-真应变曲线;并据此建立了GH4169合金的动态再结晶组织演变经验模型，分析了不同成形工艺参数对合金热变形行为的影响。
　　(2)对有限元软件DEFORM-3D进行二次开发，将求得的GH4169合金动态再结晶模型嵌入到软件的子程序中，并将材料流动应力模型写入其中;通过对比分析模拟结果与实验结果，验证了GH4169合金动态再结晶模型的正确性及通过计算机进行组织模拟的可靠性。
　　(3)以唯象的动态再结晶理论为基础，通过Matlab平台开发了一套关于GH4169合金动态再结晶的元胞自动机程序;并结合DEFORM-3D模拟得到的等效应变率数据，将热变形过程中不恒定应变速率与元胞自动机程序进行耦合计算，其结果更接近实际情况，提高了模拟的精度。
　　本文通过对DEFORM-3D软件的开发及元胞自动机程序的编写，成功地运用计算机仿真技术对GH4169合金的动态再结晶过程进行了模拟，其结果与经典理论分析及热模拟实验数据相符合，具有一定的实用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景与意义

1．2 国内外研究现状综述

1．2．1 金属动态再结晶机理及组织演变模型介绍

1．2．2 数值模型综述

1．2．3 随机模型综述

1．3 论文研究目标和主要研究内容

1．3．1 论文研究目标

1．3．2 论文研究内容及结构

第2章 GH4169合金动态再结晶模型构建

2．1 实验材料及实验方法

2．1．1 实验材料

2．1．2 物理模拟实验

2．2 实验结果与讨论

2．2．1 实验结果

2．2．2 热变形行为分析

2．3 Zener-Hollomon因子求解

2．4 GH4169合金动态再结晶演变模型

2．4．1 动态再结晶峰值应变以及I临界应变

2．4．2 动态再结晶动力学模型

2．4．3 动态再结晶晶粒尺寸模型

2．5 本章小结

第3章 基于DEFORM的动态再结晶模拟

3．1 DEFORM-3D用户子程序的二次开发

3．1．1 DEFORM-3D用户子程序开发

3．1．2 GH4169合金材料模型嵌入

3．2 DEFORM-3D模拟结果讨论与分析

3．2．1 几何模型及模拟参数的设定

3．2．2 动态再结晶体积分数演变规律

3．2．3 动态再结晶晶粒尺寸演变规律

3．2．4 平均晶粒尺寸

3．3 本章小结

第4章 动态再结晶的元胞自动机模拟

4．1 元胞自动机介绍

4．1．1 元胞及元胞空间

4．1．2 邻居类型

4．1．3 边界条件

4．1．4 转变规则

4．2 动态再结晶元胞自动机模型建立

4．2．1 元胞的状态变量

4．2．2 母相组织的生成

4．2．3 元胞取向及晶界识别

4．2．4 CA法模拟动态再结晶的转变规则

4．2．5 等效应变率耦合计算

4．2．6 CA法模拟主程序步骤

4．3 CA模拟结果分析

4．3．1 应变量对动态再结晶行为的影响

4．3．2 变形温度对动态再结晶行为的影响

4．3．3 应变速率对动态再结晶行为的影响

4．3．4 误差分析

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢