熱鍛成形過(guò)程微觀組織模擬的研究概況.pdf

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1、熱鍛成形過(guò)程微觀組織模擬的研究概況王麗娟(廈門海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廈門361012)摘要:概述金屬熱鍛成形過(guò)程中的微觀組織演變模擬及其相關(guān)模型的研究概況,詳細(xì)評(píng)述了描述材料組織演變的數(shù)值模型和隨機(jī)模型,并指出了現(xiàn)有模型研究中存在的不足及今后的研究重點(diǎn).關(guān)鍵詞:熱鍛成形;組織模擬;數(shù)值模擬中圖分類號(hào):TG301文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1005—8354(2010)02-0023-04StudyonMicrostructureSimulationduringHotForgingShapingWANGLi-juan(Xi

2、amenOceanVocationalCollege,Xiamen361012,China)Abstract:/nthispaper.thedevelopmentandthemodelofthemicrostructureevolution譏theprocessofmetalhot-forginghavebeensummarized.Thenumericalmodelandstochasticmodelwerereviewedindetailandtheemphasisoftheresearchinthefutu

3、reWaspointout.Keywords:hot-forgingshaping;microstructuresimulation;numericalsimulationO引言熱鍛工藝因?yàn)榫哂屑?xì)化工件晶粒和提高工件強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、冶金、造船、航空、航天、兵器以及其他許多工業(yè)生產(chǎn)部門,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極為重要的地位.隨著我國(guó)躋身世界鋼鐵生產(chǎn)大國(guó)的行列,汽車制造業(yè)、飛機(jī)制造業(yè)以及發(fā)電設(shè)備、機(jī)車、輪船制造業(yè)的飛速發(fā)展,對(duì)鍛件需求量日益增大,必然促進(jìn)熱鍛技術(shù)的發(fā)展.熱鍛成形工藝的目標(biāo)除了滿足產(chǎn)品的基本形狀

4、尺寸精度和表面質(zhì)量的要求外,更重要的是通過(guò)材料的變形改善零件內(nèi)部的微觀組織從而提高產(chǎn)品的綜合機(jī)械性能,而直接決定產(chǎn)品綜合機(jī)械性能的便是材料在成形過(guò)程中的微觀組織變化及最終產(chǎn)品的組織結(jié)構(gòu).因此,對(duì)熱鍛過(guò)程進(jìn)行微觀組織模擬可以在實(shí)際成形前預(yù)測(cè)成形的微觀組織變化結(jié)果,從而對(duì)工藝方案進(jìn)行優(yōu)化,以達(dá)到減少調(diào)試和修模次數(shù),縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,降低產(chǎn)品開發(fā)成本的目的,并且可以節(jié)省昂貴的實(shí)驗(yàn)費(fèi)用.因此,近年來(lái),熱鍛成形過(guò)程的微觀組織模擬技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn).1熱鍛成形過(guò)程中微觀組織模擬模型的產(chǎn)生與發(fā)展在熱鍛成形過(guò)程中,

5、由于高溫和變形的同時(shí)作用,材料的微觀組織將發(fā)生明顯的變化,例如動(dòng)態(tài)、靜態(tài)回復(fù)與動(dòng)態(tài)、靜態(tài)再結(jié)晶、晶粒長(zhǎng)大及相變等.要想完成對(duì)微觀組織的數(shù)值模擬,必須首先將微觀組織的上述變化過(guò)程模型化,即建立材料微觀組織(晶粒尺寸、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶百分比、各相的體積百分比)與變形工藝參數(shù)間的量化關(guān)系,然后將模型寫入有限元軟件,通過(guò)有限元計(jì)算得到組織變化的預(yù)報(bào)結(jié)果.對(duì)于組織模擬技術(shù)而言,模擬的有效性取決于模擬軟件的功能和組織模擬模型與實(shí)際物理機(jī)制的接近程度.近年來(lái),隨著有限元模擬軟件模擬結(jié)果的日趨成熟,建立準(zhǔn)確的組織演變模型已經(jīng)成為組織模

6、擬技術(shù)中的核心問(wèn)題.微觀組織模擬開始于20世紀(jì)60年代,1966年英國(guó)Sheffield國(guó)際熱加工會(huì)議以后,外國(guó)學(xué)者對(duì)熱加工收稿日期:20t0-01—18作者簡(jiǎn)介:王麗娟(1982一),女,碩上,現(xiàn)在廈門海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院輪機(jī)教研室擔(dān)任輪機(jī)相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課(《機(jī)械制圖》)的教學(xué)任務(wù)技術(shù)篇2010年第二期23中的基本軟化機(jī)理、微觀組織性能的預(yù)報(bào)和控制等進(jìn)行了大量的研究.70年代,Sellars等提出在軋制及其冷卻過(guò)程中,金屬和合金發(fā)生的組織變化可以用數(shù)學(xué)模型來(lái)描述其主要特征,明確提出了組織模擬模型這一概念,并對(duì)碳鋼、工

7、業(yè)純鋁、工業(yè)純銅板材軋制過(guò)程中的微觀組織變化進(jìn)行了數(shù)值模擬,建立了晶粒尺寸與再結(jié)晶體積百分比的半經(jīng)驗(yàn)公式¨1.然而,在其后的10年左右的時(shí)間里,這一想法并沒(méi)有得到人們應(yīng)有的重視,直到20世紀(jì)90年代初,有關(guān)組織模擬模型的研究文章才陸續(xù)出現(xiàn),并引起越來(lái)越多研究者的極大興趣.研究的材料從最初的碳鋼擴(kuò)展到高溫合金和有色合金,如鋁合金、鈦合金等,應(yīng)用領(lǐng)域也從軋制擴(kuò)展到鍛造、鑄造、焊接等方面.目前,碳鋼熱鍛過(guò)程的組織演變模型已經(jīng)發(fā)展的較為完善,高溫合金、有色合金領(lǐng)域有待進(jìn)一步深入研究.2金屬熱鍛成形過(guò)程中微觀組織演變模型的

8、類型近年來(lái),各國(guó)學(xué)者在微觀組織模擬模型的建立方面開展了深入的研究,提出了多種形式的模型.由于材料的多樣性,目前還很難做到用通用模型來(lái)表示所有材料和所有變形范圍內(nèi)的微觀組織變化,實(shí)際模擬時(shí),必須根據(jù)材料種類選擇適當(dāng)?shù)哪P托问剑壳暗慕M織模擬模型大致可以分為數(shù)值模型和隨機(jī)模型兩大類.3.1數(shù)值模型在數(shù)值模型里,金屬和合金在變形過(guò)程中的微觀組織狀態(tài)是宏觀變形參數(shù)(溫度、應(yīng)變速率

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