TP347不锈钢动态再结晶行为实验研究及数值模拟

摘要

本文通过热模拟试验和计算机模拟的方法研究了超超临界机组用TP347奥氏体不锈钢的热变形行为。文中考察了变形条件对合金高温变形过程中动态再结晶行为的影响规律,建立了适用于TP347不锈钢热变形过程的流变应力模型。基于有限元模型分析热压缩宏观变形行为及组织场演变。建立了动态再结晶元胞自动机模型,模型中考虑了临界位错密度、形核率、晶粒长大驱动力及位错密度增值速率等多方面影响因素,利用元胞自动机模拟结果分析 TP347不锈钢的动态再结晶动力学及微观组织演变特征,并与试验结果进行对比。主要研究成果如下。　　1.在Gleeble-3500热模拟机上进行等温热压缩试验,发现变形温度较高或应变速率较低时,流变应力曲线峰值应力值较小。应力与应变速率及温度之间的关系采用双曲正弦函数Z =A[sinh(ασ)]n=εexp(Q/RT)表示,其中平均激活能Q=248.38KJ/Mol。　　2.在热模拟实验的基础上,建立了动态回复-动态再结晶流变应力分段模型。将高温变形过程的软化行为按机制分为动态回复和动态再结晶两阶段。利用加工硬化-动态回复位错密度演变模型及Avrami方程描述加工硬化、动态回复、动态再结晶对高温流变应力的影响。预测模型与试验值吻合良好;　　3.分析动态再结晶微观组织演变过程,建立组织演变模型,稳态阶段再结晶晶粒尺寸随Z值的上升而下降。　　4.建立了TP347不锈钢热压缩过程有限元模型。采用DEFORM-3D有限元软件模拟宏观变形行为及平均晶粒尺寸演变模拟结果与试验结果吻合良好,通过模拟结果发现随着变形温度的升高,再结晶体积分数上升;　　5.建立了适用于TP347奥氏体不锈钢在不同变形条件下的元胞自动机模型。其中热变形过程流变应力曲线、微观尺寸演变模拟结果与试验结果吻合良好;　　6.将TP347流变应力及微观组织模拟结果与304不锈钢试验结果的对比,发现TP347不锈钢相同变形条件下稳态应力高于304不锈钢,且达到稳态应力所需的应变量较大,稳态阶段平均晶粒尺寸更为细小。造成此差异的主要原因是由合金成分 Nb不同引起的,TP347不锈钢高温条件下析出的NbC产生钉扎作用,阻碍位错运动和晶界运动。

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1 第一章 文献综述

1.1 超超临界机组用奥氏体不锈钢的分类、应用与发展趋势

1.2 动态再结晶概述

1.2.1 动态再结晶分类

1.2.2 奥氏体不锈钢动态再结晶行为研究

1.3 金属塑性成型过程计算机模拟现状

1.3.1 金属成型过程微观组织演变有限元模拟现状

1.3.2 动态再结晶元胞自动机模拟

1.3.3 FEM-CA 模拟研究现状

1.4 研究目的和研究内容

2 第二章 TP347 奥氏体不锈钢热压缩行为研究

2.1 试验材料及试验方案

2.2 TP347 奥氏体不锈钢热压缩过程中流变应力曲线分析

2.2.1 热压缩过程流变应力特征

2.2.2 TP347 不锈钢动态再结晶过程本构方程建立

2.2.3 TP347 不锈钢动态回复过程流变应力模型建立

2.2.4 TP347 不锈钢动态再结晶阶段流变应力模型建立

2.2.5 TP347 不锈钢热压缩过程流变应力模型验证

2.3 本章小结

3 第三章 基于 DEFORM-3D 的热压缩试验模拟

3.1 动态再结晶晶粒尺寸模型建立

3.1.1 压缩试样组织分布的不均匀性

3.1.2 初始晶粒尺寸对动态再结晶的影响

3.1.3 变形条件对动态再结晶晶粒尺寸的影响

3.1.4 动态再结晶晶粒尺寸模型建立

3.2 有限元模型建立

3.2.1 基于 DEFORM-3D 的 TP347 不锈钢热压缩模型建立

3.2.2 模拟结果与试验验证

3.3 本章小结

4 第四章 TP347 不锈钢热压缩过程元胞自动机模型建立

4.1 动态再结晶元胞自动机模型建立

4.1.1 基本假设

4.1.2 再结晶形核模型

4.1.3 位错演变模型

4.1.4 晶粒长大动力学模型

4.2 模拟过程

4.2.1 热变形过程模拟分析

4.2.2 基于 DRX-CA 模型的动态再结晶行为研究

4.3 本章小结

结 论

参考文献

在学研究成果

致谢