TB8合金熱變形組織的分形研究及演變模擬.pdf

1、隨著塑性成形技術(shù)的發(fā)展以及對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的進(jìn)一步提高，需要更為全面、細(xì)致、深入地了解和掌握生產(chǎn)中工件內(nèi)部組織的變化過程，因而分析變形過程中的微觀組織形貌并采用計(jì)算機(jī)對(duì)其演變進(jìn)行模擬近年來已成為科學(xué)工作者研究的熱點(diǎn)，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用前景。晶粒形貌作為表征材料微觀組織的重要指標(biāo)，迄今為止還無法采用傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行定量描述，分形幾何的應(yīng)用則為解決這一難題提供了強(qiáng)有力的工具。本文對(duì)新型近β型鈦合金-TB8合金的高溫變形行為及變

2、形過程中動(dòng)態(tài)再結(jié)晶規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)研究，首次采用分形理論對(duì)其熱變形顯微組織進(jìn)行深入分析，建立了組織演變的計(jì)算機(jī)分形模擬模型，利用該模型對(duì)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程進(jìn)行模擬。本文主要工作如下： 1、在熱模擬試驗(yàn)機(jī)上對(duì)TB8合金進(jìn)行了恒溫恒應(yīng)變速率熱模擬壓縮實(shí)驗(yàn)，研究其高溫變形行為，并建立了該合金的高溫流變應(yīng)力模型，該模型能夠精確描述高溫變形條件下合金的流變應(yīng)力，是進(jìn)行有限元數(shù)值模擬的先決條件。 2、采用剛粘塑性有限元法，引入前面得到的T

3、B8合金流變應(yīng)力本構(gòu)模型對(duì)熱壓縮過程進(jìn)行了熱力耦合有限元數(shù)值模擬，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)吻合較好，在此基礎(chǔ)上得出應(yīng)變、位移等場變量，為熱變形組織模擬提供必要前提。 3、精確的顯微組織預(yù)測模型是提高組織模擬精度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文依據(jù)熱模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)TB8合金動(dòng)態(tài)再結(jié)晶規(guī)律進(jìn)行研究，建立了其動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸模型和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)模型，研究表明所建模型能夠比較精確地預(yù)測顯微組織參數(shù)隨變形工藝參數(shù)的變化而變化的情況。這不僅為提高組織模擬精度創(chuàng)造前

4、提，也為制定合理的熱加工工藝提供了理論依據(jù)。 4、要進(jìn)行組織的分形模擬，首先必須根據(jù)分形理論對(duì)熱塑性變形顯微組織進(jìn)行分析。本文在圖像處理的基礎(chǔ)上，分別采用小島法和盒維數(shù)法對(duì)再結(jié)晶和形變顯微組織的分形維數(shù)進(jìn)行計(jì)算，研究表明變形過程中的顯微組織具有典型的分形結(jié)構(gòu)，可以采用分形維數(shù)對(duì)其進(jìn)行定量描述。文章系統(tǒng)分析了顯微組織分形維數(shù)與變形條件之間的關(guān)系，首次采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法建立了形變顯微組織的分形維數(shù)與變形溫度、應(yīng)變速率關(guān)系的預(yù)測模

5、型，為變形金屬顯微組織的定量研究及精確的微觀組織演變模擬提供了更為科學(xué)的理論基礎(chǔ)。 5、以分形模擬方法-元胞自動(dòng)機(jī)方法為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)正常晶粒生長的二維計(jì)算機(jī)模擬，獲得了與實(shí)際金屬較為相似的顯微組織形貌。分析表明，模擬所得晶粒形貌具有分形特征，且晶粒的演化符合動(dòng)力學(xué)生長規(guī)律，采用該方法模擬得出的顯微組織是合理有效的。 6、為了既能反映動(dòng)態(tài)再結(jié)晶組織演變的動(dòng)力學(xué)機(jī)制，又能真實(shí)再現(xiàn)組織演變的過程，本文在晶粒長大模擬的基礎(chǔ)上，將熱

6、力耦合剛粘塑性有限元模擬、微觀組織的動(dòng)力學(xué)模型和基于分形的隨機(jī)性模型-元胞自動(dòng)機(jī)模型相結(jié)合，建立了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶顯微組織演變的分形模擬模型。結(jié)果表明，模擬結(jié)果很好地描述了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)規(guī)律，獲得的組織與實(shí)際組織非常接近，其分形維數(shù)數(shù)值及變化趨勢也均與實(shí)際結(jié)果符合較好，因而可以精確再現(xiàn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶顯微組織的整體形貌。以上研究表明，本文所采用的熱力耦合有限元模擬、再結(jié)晶顯微組織的動(dòng)力學(xué)模型、晶粒生長的元胞自動(dòng)機(jī)模型以及將三者進(jìn)行結(jié)合所得到的再結(jié)