晶粒組織演化的元胞自動機模擬.pdf

1、本文利用元胞自動機(Cellular Automata)方法系統(tǒng)的研究了單相晶粒的正常長大、兩相晶粒粗化、動態(tài)再結晶過程；初步地研究了非均勻溫度場下單相晶粒長大和動態(tài)再結晶過程。首先,通過引入能量最低原則,利用完善后的元胞自動機方法,建立了單相晶粒正常長大的元胞自動機模型。模擬結果表明：晶粒的拓撲結構多為5、6、7邊形,且六邊形晶粒所占比例最大；晶粒多為等軸狀,交點為三邊交點,交角大約為120度,與實際晶粒組織十分相似；在模擬的過程中存

2、在兩種基本拓撲變換；晶粒的生長主要通過大晶粒不斷吞噬其周圍的小晶粒和邊數(shù)較多的晶粒吞噬邊數(shù)較小的晶粒來實現(xiàn)。模擬結果得出晶粒正常生長的生長指數(shù)n=0.472,與理論值n=0.5較為接近。研究了溫度對晶粒長大的影響,發(fā)現(xiàn)溫度對晶粒長大速度有一定的影響,但對生長指數(shù)的影響不大。利用晶粒正常長大的元胞自動機模型,模擬了TA15合金在1050℃保溫時晶粒長大過程。模擬結果得出晶粒生長指數(shù)n=0.481,與實驗求得的n=0.4876非常接近；通過

3、標定初始元胞尺寸,對比了模擬和實驗過程中晶粒平均直徑變化,二者吻合較好。引入溫度變量,將單相晶粒正常長大的元胞自動機模型應用到了非均勻溫度場的情況。初步研究了非均勻溫度場中晶粒的生長演化規(guī)律,揭示了不同溫度區(qū)域晶粒形核、長大的過程。通過取向數(shù)的大小區(qū)分兩相,建立兩相晶粒組織生長的元胞自動機模型。研究了兩相晶粒長大粗化規(guī)律：當兩相初始含量相當時,兩相晶粒相互影響,各自晶粒長大速度較為緩慢；當其中一相含量相對較多時,含量較少一相的晶粒表現(xiàn)出

4、對另一相晶粒長大的“釘扎”作用；當其中一相含量遠多于另一相時,較少含量的晶?；緹o法長大。分析熱變形過程中的位錯密度變化,通過建立位錯密度模型、形核模型、晶粒長大模型、回復模型,實現(xiàn)了動態(tài)再結晶過程的元胞自動機模擬。利用該模型可以很好的模擬動態(tài)再結晶過程及微觀組織的演化,模擬得到的Avrami曲線符合動態(tài)再結晶的動力學規(guī)律；研究了應變速率對動態(tài)再結晶過程的影響：當應變量一定且較小時,應變速率越大,平均晶粒尺寸越小,動態(tài)再結晶的轉變分數(shù)也