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sncrw合金电镦成形晶粒演变元胞自动机模拟建模及分析

SNCrW合金电镦成形晶粒演变元胞自动机模拟建模及分析

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作者：王童重庆大学

学位级别：硕士

sncrw作为一种典型的奥氏体耐热合金材料,强度和高温性能相对比较优越,在大型柴油机气门的生产制造行业中被广泛用。然而和其他耐热合金材料一样,sncrw材料虽然具有良好的综合性能,但加工性能却比较差。因此,在用sncrw作为生产气门的过... 详细信息

sncrw作为一种典型的奥氏体耐热合金材料,强度和高温性能相对比较优越,在大型柴油机气门的生产制造行业中被广泛用。然而和其他耐热合金材料一样,sncrw材料虽然具有良好的综合性能,但加工性能却比较差。因此,在用sncrw作为生产气门的过程中,目前通常采用电加热镦粗工艺,也就是电镦工艺。在电镦工艺过程中材料变形部分处于较高温度,内部的微观组织变化对于最终工件的力学性能影响起到决定性作用,例如动态再结晶,动态回复等微观组织变化。因而掌握材料在电镦工艺过程中微观组织变化情况对控制工件最终的力学性能具有十分重要的意义。传统的微观组织演变模拟只是通过经验公式对于微观组织做定性的分析,这样往往难以精确地分析不同工艺参数对于微观组织的影响程度。时至今日,随着计算机仿真技术在材料科学领域的发展越来越成熟,给人们提供了更为方便准确地计算机数字模拟方法定量的分析微观组织演变过程。目前蒙特卡罗法、相场法和元胞自动机法是最为常用的三种方法。通过对这三种方法的优缺点的对比,认为元胞自动机法更加适用于分析电镦工艺过程中微观组织的演变。本文根据等温压缩的真应力应变数据建立了sncrw动态再结晶模型和晶粒尺寸模型,分析了元胞自动机的工作原理。应用DEFORM-3D有限元软件模拟sncrw在电镦过程,研究了材料的微观组织演变。本文主要研究内容及结论如下:在1203-1403 K这一温度范围内、应变速率为0.01 s-1～10 s-1的变形条件下,通过对sncrw奥氏体耐热合金的等温压缩实验,获得了真实应力应变数据,建立了sncrw奥氏体耐热合金高温塑性变形过程中的动态再结晶模型和晶粒尺寸模型。介绍了元胞自动机法的基本原理,分析了模拟软件中元胞自动机模块中的位错密度模型,回复模型,动态再结晶形核和长大模型。通过此模型计算的晶粒尺寸与等温压缩试验的实际晶粒尺寸比较结果证明所建立的元胞自动机模型可以准确的模拟sncrw在热塑性变形过程中微观组织的演变。基于DEFORM-3D有限元模拟软件,对电镦过程中工件的微观组织进行模拟,同时将之前建立的元胞自动机模型应用于电镦过程,定量分析了这微观组织变化。最后通过比较实际的晶粒尺寸和模拟的实际尺寸,结果显示所建立的元胞自动机模型可以准确定量分析电镦工艺过程的微观组织变化。

关键词： sncrw 电镦动态再结晶晶粒尺寸元胞自动机

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