热塑性成形过程微观组织模拟研究新进展

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1、第44卷增刊2012年4月南京航空航天大学学报JournalofNanjingUniversityofAeronautics&AstronauticsV01．44No．SApr．2012热塑性成形过程微观组织模拟研究新进展李旭周清陈明和王小芳(南京航空航天大学机电学院，南京．210016)摘要；金属在热塑性成形过程中微观组织发生晶粒形棱、长大、相变，再结晶等一系列的复杂变化，直接影响加工过程与产品的机械性能。本文对目前应用在热成形微观组织演变模拟方面的主要模拟技术作了比较全面的评速，对比了不同微观组织模拟方法，总结了利用

2、各种模拟技术所取得的最新研宽成果．关键词：热成形；微观组织；数值模拟；蒙特卡罗渡茨模型；元胞自动机中围分类号：TGlll文献标识码：A文章编号：1005—2615(2012)孓0083一08RecentProgressonNumericalSimulationofMicrostructureEvolutionDuringHotDeformationLiXu，ZhouQing，ChenMinghe，WangXiaofang(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，Naniin

3、gUniversityofAeronautics&AstronauticsNanjing，210016，China)Abstract：Duringmetalhotforming，severalprocessesincludingnucleation，graingrowth，phasetransi—tion，andrecrystallizationsignificantlyinfluencethemicrostructure．Themicrostructuredirectlyaffectsthemanufacturingp

4、rocessandthemechanicalpropertiesoftheproducts．Technologiesusingincurrentcomputersimulationofmicrostructureevolutioninhotformingarethoroughlyreviewed．Severalmodel—ingmethodsarecomparedwitheachother．Finally，thelatestresearchondifferentsimulationtechnolo—giesaresumm

5、arized．Keywords：hotforming；microstructure；numericalsimulation；MonteCarloPotts；cellularautomata金属的热塑性成形作为材料塑性加工的重要部分，包括热冲、热挤、热锻、热轧等，以其生产效率高，产品质量稳定，原材料消耗少，在制造业领域获得了广泛应用。热塑性成形金属零件的微观组织直接影响到材料的强度、塑性、韧性、耐腐蚀性，以及其他性能，通过对热成形过程和微观组织演变的控制，可以获得高质量的工件。由于采用传统的理论研究和实验研究的方法，不能观

6、察到材料微观组织连续的变化过程，因而对成形过程组织演变进行数值模拟，动态跟踪组织演变的每个过程，对预测组织变化，优化工艺参数和控制产品质量具有重要意义。自20世纪70年代Sellars口1首次将数值模拟技术应用于材料微观组织演变过程，目前常用的组织演变模拟方法有蒙特卡罗波茨模型法Cz-4]、元胞自动机法Es-s]、几何模型法m”、相场理论模型法[az-a41结合微观组织的有限元方法Its-193等。1热成形过程的微观组织模拟方法I．I蒙特卡罗波茨模型蒙特卡罗波茨(MonteCarloPotts)模型，简称MCPotts模

7、型，是一种离散的、统计学数值模拟模型，它可以模拟退火过程晶粒长大和再结晶，以及材料的织构的演化过程，通过计算机图形技术，可以方便地实现退火组织及其演化过程可视化仿真。在MCPotts模型中，连续的微观组织结构以基金项目：江苏省自然科学基金(BK2011736)资助项目。收稿日期：2011-10—15；修订日期：2012—02-23通讯作者：周清，男，副教授，1970年生，E-mail：anzhouqing@nuaa．edu．cn。84南京航空航天大学学报第44卷粼：潞图2MC方法模拟单相晶粒微观组织对于热成形过程的微观模

8、拟，主要是同时对再结晶和晶粒长大现象的模拟，模拟这个过程，哈密顿量为每个格点的能量用哈密顿函数形式描述，包括晶界能和储存能两项。本文用下式描述格点J的能量Ej一∑彤(1一正，，：)+SE,(1)^。1式中：”超为邻近格点的个数(在三角形点阵中，挖托=6)；s，S：为格点j及其第k个邻近格点的取向数；艿为Kroneck