一种模拟复相条件下动态再结晶的方法技术

本发明专利技术公开了一种模拟复相条件下动态再结晶的方法

【技术实现步骤摘要】
一种模拟复相条件下动态再结晶的方法、设备及存储介质


[0001]本专利技术属于计算材料学
，具体涉及一种模拟复相条件下动态再结晶的方法
、
设备及存储介质
。

技术介绍

[0002]动态再结晶
(Dynamic recrystallization,DRX)
作为金属微观结构演变的主要机制，被认为是在热塑性变形下晶粒细化的有效方法
。DRX
过程中产生的新晶粒和晶粒细化是影响热加工过程中载荷
、
微观结构及产品成形质量的重要因素
。
因此，深入研究
DRX
过程中的再结晶动力学和微观结构演变至关重要
。
[0003]目前，元胞自动机
(Cellular automaton
，
CA)
方法由于不需要追踪界面
、
计算效率高
、
实施起来简单等显著的优点，已成为研究材料微观组织演变的强有力工具，并且
CA
方法在再结晶过程
、
晶粒长大等微观组织演变的预测方面已有了大量的应用及较好的研究基础
。
然而，目前的
CA
方法模型只能针对单相合金或者含有规则球状第二相的条件下，对材料
DRX
过程进行仿真
。
而事实上，多种金属材料内部的第二相形貌并非球状，而呈现棒状或针状，如
GH4169
合金的
δ
相
>、2297
铝锂合金的
AlCuMn
相等，因此仍需要对原有
CA
模型进一步地进行改进与完善
。
[0004]现有的
CA
模型在针对单相条件下的
DRX
过程的模拟仿真时，只考虑晶界能和变形引起的畸变能所致再结晶晶粒的长大驱动力；针对复相条件下的
DRX
过程的模拟仿真时，除了考虑晶界能和变形引起的畸变能的驱动力外，将第二相视作球状粒子计算其钉扎晶界迁移的阻力，球状粒子对晶界迁移各方向的阻力相同，很显然，针对第二相粒子不是球状形貌时，第二相粒子对晶界迁移各方向的阻力并不相同
。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种模拟复相条件下动态再结晶的方法
、
设备及存储介质，能够有效地对含有棒状
、
针状等形貌第二相粒子条件下的
DRX
演变过程进行模拟，准确地反应出棒状
、
针状等形貌第二相粒子
、
施加应变和热激活等共同作用下的材料内部微观组织演变形貌特征和转变动力学
。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术公开了一种模拟复相条件下动态再结晶的方法，包括：
[0008]S1
：根据初始组织金相图片，建立基于元胞自动机法的初始组织几何模型；
[0009]S2
：向
S1
建立的初始组织几何模型输入变形条件；
[0010]S3
：根据形核率确定动态再结晶形核数目；
[0011]S4
：确定计算时间步的步长
、
循环时间步数和每个时间步的应变增量；
[0012]S5
：每一个计算时间步，在晶界处随机选择元胞，判断当前元胞的邻居内是否存在第二相粒子，通过比较0～1之间的随机数与形核数目得到的形核概率，控制当前元胞是否由基体组织转变为动态再结晶晶核，若当前元胞满足形核条件，再结晶状态变量由0转变为
1
；反之，则当前元胞不满足形核条件，再结晶状态变量保持不变；
[0013]S6
：遍历当前计算域内的所有元胞，对每一个元胞依次判断是否满足动态再结晶元胞转变规则，对满足形核条件的元胞进行元胞状态的转变，动态再结晶晶界迁移，实现动态再结晶晶粒长大；
[0014]S7
：通过
S4
确定的计算时间步的步长
、
循环时间步数和每个时间步的应变增量，计算得出当前应变，并与预设应变进行比较，判断计算是否结束，若达到预设应变，则终止计算，输出模拟结果，若未达到预设应变，则返回
S3
，直至当前应变达到预设应变
。
[0015]优选地，
S1
中，所述初始组织几何模型包括晶粒组织和第二相粒子的特征，第二相粒子形貌为棒状或针状
。
[0016]优选地，
S2
中，所述变形条件包括模拟温度
、
应变速率和应变
。
[0017]优选地，
S3
中，所述形核率包括单相基体晶界处
DRX
形核率和第二相粒子诱导
DRX
形核率，其中，单相基体晶界处
DRX
形核率由下式计算：
[0018][0019]式中，
C
DRX
为材料常数；为应变速率；
m
*
为应变速率敏感系数，取1；
Q
DRX_nuc
为
DRX
的形核所需激活能；
R
为气体常数；
T
为材料热变形温度，取开氏温度；
[0020]第二相粒子诱导
DRX
形核率由下式计算：
[0021][0022]式中，
c
sec
为缩小误差所引入的常数；
a0为第二相粒子的长轴长；
b0为第二相粒子的短轴长；
[0023]考虑第二相影响的
DRX
形核率模型为：
[0024][0025]优选地，
S4
中，计算时间步的步长和循环时间步数根据元胞单元尺寸和晶界迁移速度确定，其中，所述元胞单元尺寸为所述初始组织几何模型计算时的最小计算单元；所述晶界迁移速度
v
由下式计算计算：
[0026]v
＝
MP
[0027]式中，
M
为晶界迁移率；
P
为晶界迁移驱动力；
[0028]晶界迁移率
M
由下式计算：
[0029][0030]式中，
M0为界面可动性系数；
Q
为界面扩散激活能；
R
和
T
分别为普适气体常数和绝对温度；
[0031]所述晶界迁移驱动力
P
由下式计算：
[0032]P
＝
P
drive
‑
P
drag
[0033]式中，
P
drive
为考虑晶界能和变形引起的畸变能的驱动力；
P
drag
为棒状或针状第二
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种模拟复相条件下动态再结晶的方法，其特征在于，包括：
S1
：根据初始组织金相图片，建立基于元胞自动机法的初始组织几何模型；
S2
：向
S1
建立的初始组织几何模型输入变形条件；
S3
：根据形核率确定动态再结晶形核数目；
S4
：确定计算时间步的步长
、
循环时间步数和每个时间步的应变增量；
S5
：每一个计算时间步，在晶界处随机选择元胞，判断当前元胞的邻居内是否存在第二相粒子，通过比较0～1之间的随机数与形核数目得到的形核概率，控制当前元胞是否由基体组织转变为动态再结晶晶核，若当前元胞满足形核条件，再结晶状态变量由0转变为1；反之，则当前元胞不满足形核条件，再结晶状态变量保持不变；
S6
：遍历当前计算域内的所有元胞，对每一个元胞依次判断是否满足动态再结晶元胞转变规则，对满足形核条件的元胞进行元胞状态的转变，动态再结晶晶界迁移，实现动态再结晶晶粒长大；
S7
：通过
S4
确定的计算时间步的步长
、
循环时间步数和每个时间步的应变增量，计算得出当前应变，并与预设应变进行比较，判断计算是否结束，若达到预设应变，则终止计算，输出模拟结果，若未达到预设应变，则返回
S3
，直至当前应变达到预设应变
。2.
根据权利要求1所述的模拟复相条件下动态再结晶的方法，其特征在于，
S1
中，所述初始组织几何模型包括晶粒组织和第二相粒子的特征，第二相粒子形貌为棒状或针状
。3.
根据权利要求1所述的模拟复相条件下动态再结晶的方法，其特征在于，
S2
中，所述变形条件包括模拟温度
、
应变速率和应变
。4.
根据权利要求1所述的模拟复相条件下动态再结晶的方法，其特征在于，
S3
中，所述形核率包括单相基体晶界处
DRX
形核率和第二相粒子诱导
DRX
形核率，其中，单相基体晶界处
DRX
形核率由下式计算：式中，
C
DRX
为材料常数；为应变速率；
m
*
为应变速率敏感系数，取1；
Q
DRX_nuc
为
DRX
的形核所需激活能；
R
为气体常数；
T
为材料热变形温度，取开氏温度；第二相粒子诱导
DRX
形核率由下式计算：式中，
c
sec
为缩小误差所引入的常数；
a0为第二相粒子的长轴长；
b0为第二相粒子的短轴长；考虑第二相影响的
DRX
形核率模型为：
5.
根据权利要求1所述的模拟复相条件下动态再结晶的方法，其特征在于，
S4
中，计算时间步的步长和循环时间步数根据元胞单元尺寸和晶界迁移速度确定，其中，所述元胞单元尺寸为所述初始组织几何模型计算时的最小计算单元；所述晶界迁移速度
v
由下式计算计算：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张福祥，侯召堂，孟永乐，殷尊，林琳，吕一楠，高磊，孙璞杰，李佼佼，吕游，朱婷，高延忠，王桢皓，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：