检索结果-内蒙古大学图书馆

300M钢在航空航天领域内被广泛用于制造各种关键结构件,国内外学者对其微观组织演变开展了大量的实验和理论研究,取得了众多成果。但是,这些研究大多集中在建立基于实验数据的数学模型或基于物理化学机制的理论模型,对热变形过程中微观组织形貌及演变过程的研究较少,而成形过程中的微观组织演变对控制工件性能有着重要作用。从晶粒演化的角度深入探讨高强钢微观组织演变机制,从而建立微观组织演变模型,实现对高强钢微观组织演变过程的精确模拟,对高强钢微观组织控制具有重要意义。因此,本文基于元胞自动机方法模拟300M钢在不同变形条件下的微观组织演变过程,对模拟结果进行分析讨论,并结合实验数据对比验证。首先,在Gleeble试验机上开展了300M钢等温压缩实验,得到300M钢在应变速率为0.01～10s-1和变形温度为1050～1150℃条件下的应力应变曲线。基于实验数据和回归分析方法,建立了300M钢的高温流变应力模型,提取出建立元胞自动机模型所需的材料参数。然后,结合晶粒长大过程中热激活理论、晶界曲率驱动机制和能量耗散理论建立了300M钢保温过程晶粒正常长大CA模型。采用该CA模型模拟保温温度为1050～1150℃条件下晶粒长大过程,对长大过程中晶粒形貌演变、长大动力学、拓扑学统计和晶粒尺寸分布进行分析讨论。将模拟结果与300M钢保温实验统计得到的平均晶粒尺寸进行对比,平均误差为3.7%,原位实验中观察到晶粒长大是由晶界迁移实现的,与模拟晶粒长大过程一致,验证了模型的正确性。最后,引入位错密度变化模型、动态再结晶形核和长大模型建立了300M钢动态再结晶CA模型。动态再结晶初始组织由晶粒正常长大CA模型生成,采用动态再结晶模型模拟了在应变速率为0.01～10s-1和变形温度为1050～1150℃条件下的动态再结晶微观组织演变过程,并分析不同应变、应变速率和温度对微观组织演变的影响。模拟结果与热压缩实验获得的晶粒形貌相似,平均晶粒尺寸误差在11.844%以内。说明该模型能够正确地反映300M钢动态再结晶的微观组织演变过程,能为300M钢热加工工艺提供一定的指导作用。

关键词： 300M钢微观组织模拟元胞自动机晶粒长大动态再结晶

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对流影响枝晶生长的相场法模拟研究进展

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材料导报 2004年第12期18卷 26-28,33页

作者：朱昌盛王智平荆涛柳百成兰州理工大学兰州730050 清华大学机械工程系北京100084

液态金属的对流和枝晶生长的相互作用在凝固模型中是非常重要的,因为铸造和焊接过程常伴随有自然或强迫对流。综述了耦合对流时相场的数学模型、数值计算方法以及在凝固微观组织模拟中的应用和进展,指出了该领域目前面临的问题和未来发... 详细信息

液态金属的对流和枝晶生长的相互作用在凝固模型中是非常重要的,因为铸造和焊接过程常伴随有自然或强迫对流。综述了耦合对流时相场的数学模型、数值计算方法以及在凝固微观组织模拟中的应用和进展,指出了该领域目前面临的问题和未来发展趋势。

关键词：枝晶生长凝固模型微观组织模拟铸造焊接过程液态金属强迫对流影响时相综述

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26CrMoVTiB钢凝固特性的研究及连铸工艺优化

26CrMoVTiB钢凝固特性的研究及连铸工艺优化

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作者：张凯东北大学

学位级别：硕士

26CrMoVTiB钢是国内某大型钢厂生产的一种石油套管钢,对铸坯质量要求较严格。由于生产的26CrMoVTiB钢存在内部缩孔、中心疏松、偏析、中心等轴晶率偏低等缺陷,大大降低了石油套管钢的耐腐蚀性,严重影响了产品的生产合格率。本论文以Φ17... 详细信息

26CrMoVTiB钢是国内某大型钢厂生产的一种石油套管钢,对铸坯质量要求较严格。由于生产的26CrMoVTiB钢存在内部缩孔、中心疏松、偏析、中心等轴晶率偏低等缺陷,大大降低了石油套管钢的耐腐蚀性,严重影响了产品的生产合格率。本论文以Φ178mm圆坯作为研究对象,对26CrMoVTiB钢的凝固特性进行研究,通过ProCAST模拟软件对圆坯凝固过程进行模拟,在此基础上对圆坯连铸工艺参数进行优化,并提出能使末端电磁搅拌起作用的连铸工艺方案及合理性建议。在26CrMoVTiB钢的凝固特性研究中,发现26CrMoVTiB钢的流动性一般,导致充型能力较差;体收缩和线收缩量较大,凝固时易产生缩孔和疏松等缺陷;确定了该钢种相变临界点,并绘制了 CCT曲线图,为改善连铸圆坯质量和加工热处理提供了依据。基于有限差分法,利用ProCAST模拟软件,建立了圆坯凝固传热数学模型,模拟的铸坯表面温度与现场实测温度误差≤1.81%,说明所建立的凝固传热模型精度较高。在凝固传热温度场基础上建立CAFE模型,模拟结果的等轴晶率相对误差为0.8%,所建立的CAFE模型比较吻合。结合现场工艺模拟,得出该钢种过热度波动范围大,使柱状晶发达,加重了连铸坯的宏观偏析;结晶器出口铸坯表面温度过低(T<900℃),二冷一段和二段铸坯表面温度回温速率过高;末搅位置处连铸坯凝固率过高,起不到有效搅拌作用。26CrMoVTiB钢连铸坯微观组织模拟结果表明,其它工艺条件不变的情况下,随着过热度的减小,晶粒数量增加,铸坯等轴晶率提高;拉速增大对等轴晶率的影响较小;适当降低二冷水冷却强度,能显著提高铸坯的等轴晶率。针对26CrMoVTiB钢连铸工艺存在的问题,优化后,26CrMoVTiB钢连铸坯表面温度分布合理,二冷各段连铸坯表面温度变化平缓,中心等轴晶率提高。末端电磁搅拌位置铸坯的凝固率满足末端电磁搅拌工艺对铸坯液芯直径的要求。

关键词：圆坯连铸凝固特性凝固传热模拟微观组织模拟工艺优化

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二元合金凝固过程中树枝晶演变三维模拟

二元合金凝固过程中树枝晶演变三维模拟

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作者：许林南昌大学

学位级别：硕士

本文采用数值模拟方法研究了二元合金凝固过程中的组织演变,建立了耦合温度场、浓度场和相场的3DMicrosCA模型。从多个尺度对二元合金的凝固过程进行了模拟研究。这部分工作有助于深入理解凝固组织的形成,并为今后控制组织演变提供了理... 详细信息

本文采用数值模拟方法研究了二元合金凝固过程中的组织演变,建立了耦合温度场、浓度场和相场的3DMicrosCA模型。从多个尺度对二元合金的凝固过程进行了模拟研究。这部分工作有助于深入理解凝固组织的形成,并为今后控制组织演变提供了理论基础。本文主要包括以下内容: 1) 在对原有二维元胞自动机模型修改的基础上,向三维进行了扩展,结合直接差分法、蒙特卡罗方法和面向对象方法,构建3DMicrosCA模型。该模型详细阐述了三维元胞自动机模型的基本思想,为具体微观组织模拟建模提供理论和方法论上的支持。 2) 应用3DMicrosCA,耦合了温度场、浓度场方程,建立了3DMicrosCA-Solidification模型。该模型是金属凝固理论在3DMicrosCA模型中的实例化,有机集成了确定性模型和概率模型、宏观模型和微观元胞自动机模型。 3) 通过使用3DMicrosCA-Solidification模型,结合后处理软件进行三维组织形态的动态显示,建立了3DMicrosCA-Solidification模拟系统,实现了二元合金三维凝固微观组织演变过程的实时计算和可视化,为研究微观组织演变特性提供了一个虚拟实验室。 4) 采用一种不同的元胞自动机模型(Nastac模型)模拟了二维单个和多个晶粒的生长过程。 5) 针对二元合金(铝铜合金、铝硅合金)进行了一系列计算机试验,通过理论分析、与权威学者的模拟和实验结果比较检验了三维模型的正确性和适用条件。

关键词：微观组织模拟三维元胞自动机模型框架宏微观藕合

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镍基高温合金涡轮盘成形工艺的数值模拟分析

镍基高温合金涡轮盘成形工艺的数值模拟分析

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作者：陈文豪南京航空航天大学

学位级别：硕士

涡轮盘作为航空发动机的关键部件，它的性能对于保证整个航空发动机的机械性能、可靠性及安全性都至关重要。本文以某型号航空发动机涡轮盘为研究对象，在分析研究GH4169镍基高温合金高温塑性变形行为的基础上，借助DEFORM-3D软件，运... 详细信息

涡轮盘作为航空发动机的关键部件，它的性能对于保证整个航空发动机的机械性能、可靠性及安全性都至关重要。本文以某型号航空发动机涡轮盘为研究对象，在分析研究GH4169镍基高温合金高温塑性变形行为的基础上，借助DEFORM-3D软件，运用有限元法和元胞自动机法，对GH4169合金的高温压缩过程及GH4169合金涡轮盘的锻造成形过程进行了宏观和微观方面的仿真模拟分析，主要研究工作如下：首先，基于Gleeble3500型热模拟试验机对GH4169合金进行了等温恒应变速率高温压缩试验，研究了合金在变形过程中不同变形条件下的真应力-应变曲线。结合试验数据，对各变形参数对流变应力的影响进行了分析。通过对试验数据进行线性回归，建立了包含动态再结晶的本构模型和动态再结晶数学模型。借助GH4169合金的本构方程，对合金在热变形过程中的位错密度模型进行了推导，建立了DEFORM-3D软件自带的元胞自动机模型。运用所建立的本构模型、动态再结晶百分数模型及元胞自动机模型，对合金的高温压缩过程进行了变形-传热-微观组织演变的仿真模拟。分析研究了不同变形条件对GH4169合金热变形行为及微观组织演化过程的影响，并和热模拟试验及现有文献中的试验结果进行对比，所得结果一致，证明了所建立的上述模型可以用于GH4169合金的高温塑性变形模拟。运用DEFORM-3D软件，分别对某型号GH4169合金涡轮盘的普通热模锻、等温锻造及复合包套锻造过程进行了仿真模拟。分析了各种锻造方式对涡轮盘锻件锻造质量及模具使用情况的影响，找出了一种最适合的锻造方式。对该锻造方式下所生产的涡轮盘锻件的某个锻造缺陷进行了分析，并基于最经济简便的原则，提出了一些优化方法，基本消除了该缺陷，为优化高温合金涡轮盘锻造工艺提供了借鉴。

关键词：涡轮盘高温合金微观组织模拟元胞自动机动态再结晶

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纳—微米复合陶瓷刀具材料的研制及其制备过程模拟研究

纳—微米复合陶瓷刀具材料的研制及其制备过程模拟研究

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作者：李星山东轻工业学院

学位级别：硕士

本文针对目前陶瓷刀具综合力学性能较低的现状，基于多元多尺度的设计思想，根据材料制备时的物理相容性、化学相容性、良好烧结性等原则，选择纳米Al2O3为基体，并添加微米Al2O3和微米SiC作为第二相，在添加一定量烧结助剂Ni，Mo和添加... 详细信息

本文针对目前陶瓷刀具综合力学性能较低的现状，基于多元多尺度的设计思想，根据材料制备时的物理相容性、化学相容性、良好烧结性等原则，选择纳米Al2O3为基体，并添加微米Al2O3和微米SiC作为第二相，在添加一定量烧结助剂Ni，Mo和添加剂Y2O3和MgO条件下，采用真空热压烧结工艺，制备了纳米Al2O3基复合陶瓷刀具材料，并研究了烧结工艺对材料力学性能和材料微观结构的影响，对烧结材料的摩擦磨损性能进行了分析。建立了材料微观组织模拟的二维和三维模型，初步模拟了两相材料的微观结构。在烧结温度为1550℃、1620℃、1690℃时，实验研究了纳米Al2O3基纳微米复相陶瓷材料的抗弯强度、断裂韧度和维氏硬度，并对试样的断口形貌进行分析。研究表明，含有Y2O3的A02、A03样，晶界清晰。在1620℃时，A03样的抗弯强度为547MPa，断裂韧性为4.74MPa m1/2，维氏硬度为16.69GPa。分析了相同材料在不同烧结温度下的力学性能，也分析了相同实验条件下，材料不同组份对材料力学性能的影响。对比了A04样，A05样，A06样的微观结构，发现随着纳米Al2O3含量的降低，微观组织结构晶界清晰，晶粒大小比较均匀，因此材料具有较好的力学性能。在1620℃时，A06样的抗弯强度为592MPa，断裂韧度为4.55MPa·m1/2，维氏硬度为17.12GPa，断裂方式主要以穿晶断裂和沿晶断裂为主，压痕裂纹以裂纹偏转、裂纹桥联和裂纹分枝为主。对所制备的纳米Al2O3基复合陶瓷刀具材料进行了摩擦磨损性能实验研究，采用扫描电镜观察了磨损表面的微观形貌。研究了纳米Al2O3基复合陶瓷刀具材料的摩擦磨损机理，纳米Al2O3基复合陶瓷刀具材料的摩擦磨损形式主要以粘着磨损和磨粒磨损为主。在不同的法向载荷和转速下，研究了相同材料的摩擦系数和磨损率的变化规律。在法向载荷为300N，转速为160r/min的条件下，A01样、A02样、A03样，A04样，A05样的磨损率分别是2.41×10-7mm3/N m、1.19×10-7mm3/N m、2.39×10-7mm3/N m、6.05×10-7mm3/N m、3.68×10-7mm3/N m，建立了纳-微米复相陶瓷刀具材料微观组织模拟的二维和三维模型，初步模拟了两相材料的微观结构，与实验制备的纳米Al2O3基复合陶瓷刀具材料的断面SEM进行了比较，模拟结果表明在第二相的周围的基体尺寸较小，验证了添加第二相对材料的晶粒长大有阻碍作用。

关键词：纳米陶瓷刀具材料微观组织摩擦磨损微观组织模拟

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CA法模拟晶粒的生长过程

CA法模拟晶粒的生长过程

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作者：张红玉兰州理工大学

学位级别：硕士

用CA(Cellular Automata)模型与宏观传热计算相结合,模拟材料凝固过程中微观组织的形成过程。在模拟晶粒生长过程中考虑了形核过程的随机性与晶粒生长的确定性。采用连续形核模型来描述液相中的自发形核。基于简化的晶粒形状,建立了模... 详细信息

用CA(Cellular Automata)模型与宏观传热计算相结合,模拟材料凝固过程中微观组织的形成过程。在模拟晶粒生长过程中考虑了形核过程的随机性与晶粒生长的确定性。采用连续形核模型来描述液相中的自发形核。基于简化的晶粒形状,建立了模拟晶粒生长形貌的二维数学物理模型。采用CA模型来实现过冷液相中晶粒的生长过程及其对周围节点的捕获过程。计算中考虑了枝晶尖端生长动力学。根据上述思想,开发了等轴晶生长的模拟程序,并进行了二维模拟计算。探讨了二维修正CA(MCA)模型,引入形状函数L(θ)来描述晶粒的外部轮廓。该模型所描述的晶粒形貌与实际更为接近。

关键词：随机性模拟微观组织模拟 CA方法晶粒形状形核与生长模型

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基于元胞自动机法的LZ50钢晶粒长大和再结晶模拟

基于元胞自动机法的LZ50钢晶粒长大和再结晶模拟

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作者：郑毅太原科技大学

学位级别：硕士

列车车轴,作为列车的关键零部件之一,其质量和性能直接关系到列车的行车安全。而在车轴热加工生产过程中,其组织形态和晶粒度的大小是衡量其性能好坏的重要参数之一。在热塑性成形的过程中,其外在形状发生变化的同时,内部组织晶粒度也... 详细信息

列车车轴,作为列车的关键零部件之一,其质量和性能直接关系到列车的行车安全。而在车轴热加工生产过程中,其组织形态和晶粒度的大小是衡量其性能好坏的重要参数之一。在热塑性成形的过程中,其外在形状发生变化的同时,内部组织晶粒度也随之发生变化。随着材料热加工工艺的不断改善,人们越来越重视材料热加工过程内部组织的演变。LZ50钢作为一种常见的中碳钢,广泛应用于车轴的生产。本文以车轴常用材料LZ50钢为研究对象,建立了其在锻造加热过程中奥氏体晶粒长大的元胞自动机模型,在模拟过程中,结合能量转化机制和数据可视化的方法,对LZ50钢材料车轴快锻成形过程中内部组织形貌特征进行了动态模拟。同时,对LZ50钢在不同保温温度和保温时间下,内部晶粒形态的演变进行了实验研究,进一步验证了CA模拟的准确性,并分析了其晶粒长大的规律,建立了相关的晶粒长大模型。此外,通过设定不同的工艺参数,分别研究了单双道次下,不同热加工参数对LZ50钢材料热加工最终晶粒尺寸的影响。研究了LZ50钢车轴在等温热压缩条件下,微观晶粒的再结晶行为和机制,通过对实验结果的相关分析,建立了相应的静态再结晶模型和亚动态再结晶模型。综上所述,本文采用数值模拟、物理模拟和实验研究相结合的手段,对LZ50钢车轴快锻成形过程中晶粒长大和再结晶行为进行了研究,建立了相关数值模型,为LZ50钢车轴的锻造成形提供了相关的理论依据。

关键词： LZ50钢微观组织模拟 CA法晶粒形貌

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TC4激光选区熔化多尺度数值模拟

TC4激光选区熔化多尺度数值模拟

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作者：赵雨薇中北大学

学位级别：硕士

金属的激光选区熔化过程是一个包括复杂传热传质、相变和物质微观结构演变等物理现象的,多尺度多物理场耦合问题。对于确定的合金材料及激光选区熔化设备,零件制备的成功率及成型质量,在很大程度上都取决于制备过程中所采用的工艺参数... 详细信息

金属的激光选区熔化过程是一个包括复杂传热传质、相变和物质微观结构演变等物理现象的,多尺度多物理场耦合问题。对于确定的合金材料及激光选区熔化设备,零件制备的成功率及成型质量,在很大程度上都取决于制备过程中所采用的工艺参数和扫描方式等。这主要是由于制备过程中的各种工艺参数,都会对晶体生长、熔池流动稳定性、内应力演化等多方面造成影响,选取合适的工艺参数可以避免内部的成型缺陷、成型不及预期甚至打印失败。但是,金属的激光选区熔化过程有十分复杂,在介观尺度上的熔池内部传热传质过程及微观尺度上的微观组织演化进行实验观测与测量也较为困难。同时,由于制备过程所涉及工艺参数的巨大数量,如用“试错法”进行研究,效率过低,周期过长,代价过高。因此,对其进行数值模拟是一种十分高效的研究方法。本文基于离散元方法建立三维粉末床介观模型,采用有限体积法模拟熔池内激光扫描粉末颗粒过程中的传热、熔化、流动、凝固等过程,随后单向耦合元胞自动机法,实现对熔池凝固过程的微观组织模拟,并进行了实验操作对模拟结果加以佐证。研究对比发现: (1)随着激光功率的增加,熔覆层的最高温度不断升高,熔池内温度与激光功率呈正相关。金属粉末在粉床上吸收的能量增加,导致更广泛的区域超过金属材料的熔点,从而增加了熔池的宽度和深度。 (2)对于微观组织的演变而言,随着激光功率逐渐增大,粉末床在相同时间内受热增加,导致晶体形核困难,晶粒变粗。 (3)增加扫描速率导致熔池内的峰值温度提高,会增加温度梯度,从而降低冷却速率,延长液态存在时间,时间-温度曲线变得更陡,但冷却时间缩短。 (4)从对熔池微观晶粒的角度来看,随着扫描速率逐渐提高,在相同时间内熔池吸收的热量减少,产生更大的温度梯度,更容易形成晶核,导致晶粒逐渐细化。

关键词：数值模拟激光选区熔化有限体积法元胞自动机微观组织模拟

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