核電用鋼316LN動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬.pdf

1、大型鍛件由于體積大、尺寸大,極易產(chǎn)生各種缺陷。而大鍛件的制造成本極其昂貴,且周期長(zhǎng)期,不合理的生產(chǎn)工藝,將導(dǎo)致大鍛件制造的失敗,這將引起極大的經(jīng)濟(jì)損失,甚至影響其他重型裝備機(jī)械的制造和開發(fā)。從微觀上講,產(chǎn)品力學(xué)性能不合格恰恰是內(nèi)部微觀組織不合理造成的。因此,獲得細(xì)小而均勻的晶粒組織是提高產(chǎn)品力學(xué)性能的重要途徑。在熱變形過(guò)程,動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是一種重要的微觀組織演化機(jī)制,通過(guò)產(chǎn)生細(xì)小均勻的晶粒組織,提高產(chǎn)品的強(qiáng)度和韌性。此外,動(dòng)態(tài)再結(jié)晶軟化作用

2、能顯著降低材料的熱變形抗力。而在鍛造進(jìn)行之前,需要將工件加熱到較高的溫度并保溫,以獲得穩(wěn)定的單相奧氏體組織,為實(shí)際鍛造提供良好的初始微觀組織。因此,研究加熱過(guò)程中的晶粒長(zhǎng)大行為和熱變形過(guò)程中的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為具有重要的意義。
　　本課題以核電大鍛件材料316LN奧氏體不銹鋼為研究對(duì)象,分別建立了用于描述加熱過(guò)程中晶粒長(zhǎng)大行為和高溫變形過(guò)程中動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為的唯象數(shù)學(xué)模型。針對(duì)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程,建立了能連續(xù)動(dòng)態(tài)顯示組織演變和有效反映

3、其物理本質(zhì)的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶CA模型,實(shí)現(xiàn)了316LN鋼在高溫變形過(guò)程中的微觀組織演變的預(yù)報(bào)和控制。具體開展的研究工作如下:
　　通過(guò)加熱保溫實(shí)驗(yàn)和定量金相實(shí)驗(yàn),研究了316LN鋼奧氏體晶粒長(zhǎng)大規(guī)律,分析了加熱溫度和保溫時(shí)間對(duì)其晶粒尺寸的影響,確定了316LN鋼在實(shí)際生產(chǎn)中合理的始鍛溫度范圍,建立了描述316LN鋼奧氏體晶粒長(zhǎng)大規(guī)律的數(shù)學(xué)模型,為獲得細(xì)小均勻的鍛前微觀組織和優(yōu)化生產(chǎn)工藝提供了依據(jù)。
　　通過(guò)Gleeble熱模擬實(shí)驗(yàn)

4、,獲得了316LN鋼的高溫流變應(yīng)力曲線,分析了高溫流變應(yīng)力曲線的變化規(guī)律和材料的軟化機(jī)理,建立了316LN鋼高溫流動(dòng)應(yīng)力模型和微觀組織演變模型(包括再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)模型和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸模型),模型計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值吻合較好。從流變應(yīng)力曲線上提取了CA模擬所需的材料數(shù)據(jù)。
　　基于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的位錯(cuò)密度演化、再結(jié)晶形核和晶粒長(zhǎng)大等物理冶金理論,通過(guò)追蹤唯一內(nèi)變量?元胞內(nèi)位錯(cuò)密度變化,建立了用于模擬動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程的元胞自動(dòng)機(jī)模型。編制了基于

5、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的熱變形材料參數(shù)自動(dòng)計(jì)算模塊,實(shí)現(xiàn)了以熱力參數(shù)為輸入的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程的CA模擬。
　　利用所建立的元胞自動(dòng)機(jī)模型,模擬了不同變形條件下的高溫流動(dòng)應(yīng)力曲線和微觀組織演變,并與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證了模型的可靠性。通過(guò)改變應(yīng)變速率、變形溫度、應(yīng)變量以及原始晶粒尺寸,研究了熱力參數(shù)和初始晶粒組織對(duì)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為的影響。研究表明,基于物理冶金原理的元胞自動(dòng)機(jī)模型,可以準(zhǔn)確模擬和預(yù)測(cè)316LN鋼動(dòng)態(tài)再結(jié)晶微觀組織演變和宏觀流動(dòng)應(yīng)力,從而