晶粒組織演化的元胞自動(dòng)機(jī)模擬.pdf

1、本文利用元胞自動(dòng)機(jī)(Cellular Automata)方法系統(tǒng)的研究了單相晶粒的正常長(zhǎng)大、兩相晶粒粗化、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程；初步地研究了非均勻溫度場(chǎng)下單相晶粒長(zhǎng)大和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程。首先,通過(guò)引入能量最低原則,利用完善后的元胞自動(dòng)機(jī)方法,建立了單相晶粒正常長(zhǎng)大的元胞自動(dòng)機(jī)模型。模擬結(jié)果表明：晶粒的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(diǎn)為三邊交點(diǎn),交角大約為120度,與實(shí)際晶粒組織十分相似；在模擬的過(guò)程中存

2、在兩種基本拓?fù)渥儞Q；晶粒的生長(zhǎng)主要通過(guò)大晶粒不斷吞噬其周?chē)男【Я：瓦厰?shù)較多的晶粒吞噬邊數(shù)較小的晶粒來(lái)實(shí)現(xiàn)。模擬結(jié)果得出晶粒正常生長(zhǎng)的生長(zhǎng)指數(shù)n=0.472,與理論值n=0.5較為接近。研究了溫度對(duì)晶粒長(zhǎng)大的影響,發(fā)現(xiàn)溫度對(duì)晶粒長(zhǎng)大速度有一定的影響,但對(duì)生長(zhǎng)指數(shù)的影響不大。利用晶粒正常長(zhǎng)大的元胞自動(dòng)機(jī)模型,模擬了TA15合金在1050℃保溫時(shí)晶粒長(zhǎng)大過(guò)程。模擬結(jié)果得出晶粒生長(zhǎng)指數(shù)n=0.481,與實(shí)驗(yàn)求得的n=0.4876非常接近；通過(guò)

3、標(biāo)定初始元胞尺寸,對(duì)比了模擬和實(shí)驗(yàn)過(guò)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(zhǎng)大的元胞自動(dòng)機(jī)模型應(yīng)用到了非均勻溫度場(chǎng)的情況。初步研究了非均勻溫度場(chǎng)中晶粒的生長(zhǎng)演化規(guī)律,揭示了不同溫度區(qū)域晶粒形核、長(zhǎng)大的過(guò)程。通過(guò)取向數(shù)的大小區(qū)分兩相,建立兩相晶粒組織生長(zhǎng)的元胞自動(dòng)機(jī)模型。研究了兩相晶粒長(zhǎng)大粗化規(guī)律：當(dāng)兩相初始含量相當(dāng)時(shí),兩相晶粒相互影響,各自晶粒長(zhǎng)大速度較為緩慢；當(dāng)其中一相含量相對(duì)較多時(shí),含量較少一相的晶粒表現(xiàn)出

4、對(duì)另一相晶粒長(zhǎng)大的“釘扎”作用；當(dāng)其中一相含量遠(yuǎn)多于另一相時(shí),較少含量的晶?；緹o(wú)法長(zhǎng)大。分析熱變形過(guò)程中的位錯(cuò)密度變化,通過(guò)建立位錯(cuò)密度模型、形核模型、晶粒長(zhǎng)大模型、回復(fù)模型,實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程的元胞自動(dòng)機(jī)模擬。利用該模型可以很好的模擬動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程及微觀組織的演化,模擬得到的Avrami曲線符合動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的動(dòng)力學(xué)規(guī)律；研究了應(yīng)變速率對(duì)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程的影響：當(dāng)應(yīng)變量一定且較小時(shí),應(yīng)變速率越大,平均晶粒尺寸越小,動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的轉(zhuǎn)變分?jǐn)?shù)也