金属再结晶组织模拟及实验对比研究

第29卷第3期重庆交通大学学报(自然科学版)

V o.l 29 No .3

2010年6月

J OURNAL OF C HONGQ I NG JI AOTONG UN I VER SITY (NATURAL SC IE N CE)Jun .2010

金属再结晶组织模拟及实验对比研究

收稿日期:2010-02-05;修订日期:2010-3-20

基金项目:重庆市自然科学基金计划项目(C STC,2007BB4436);重庆市教育委员会科学技术研究项目(K J 080407)作者简介:张继祥(1971-),男,山东单县人,副教授,博士后,主要从事汽车新材料成形技术研究。Ema i :l ji x i angz h ang @163.co m 。

张继祥1

,文 辉1

,刘运腾

2

(1.重庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆400074;2.山东省科学院新材料研究所,山东济南250014)摘要:金属再结晶过程计算机组织模拟,可以仿真实验中观测不到的组织演变细节,得到定量的特征参数,预报退

火后的材料性能,指导热处理工艺设计。构建一个新的静态再结晶M C Potts 模拟模型,并以1060铝合金为研究对象,进行再结晶模拟与实验对比研究。结果表明,1060铝合金表现出明显的再结晶特征,得到了近似等轴晶组织;新模型模拟的再结晶形核位置、组织形貌与实验结果一致,组织演变过程也与实验结果基本一致,但模拟的再结晶等轴晶与实验近似等轴晶不完全一致,模拟的再结晶速度也低于实验结果。关 键 词:再结晶;模拟;M onte Car l o

中图分类号:TG111O189 文献标志码:A 文章编号:1674-0696(2010)03-0493-04

Co m parative St udy ofM etal Re crystallization M icrostructure

by Si m ulation and Experi m ent

Z HANG Ji x iang 1

,W EN H u i 1

,L I U Yun teng

2

(1.Schoo l ofM echa tron i cs &A uto m otive Eng i neer i ng ,Chongqi ng J i aotong U n i versity ,Chongq i ng 400074,Ch i na ;

2.N e w M aterial R esearch Institute o f Shandong Sc i ences A cade m y ,Ji nan 250014,Shandong ,China)

Abstrac t :T he si m ulati on o fm eta l re crystalliza ti on by co m puter cou l d s i m u l a te t he deta ils of m icro structure evo luti on wh i ch can t be observed i n exper i m ent .M ean w hil e ,the quan tita ti ve character i stic para m eters are obta i ned ,and t he properties o f

m ater i a l after annea li ng are also f o recasted ,wh ich can gu i de the hea t treat ment process desi gn .A new M C Po tts si m u l a ti on m ode l is constructed ,and i s used to si m ulate the sta tic re cry sta llizati on behav i ours of 1060a l um i nu m all oy .W ith the si m u l ation ,an expe ri m en tal study i s also ca rried out fo r comparison .T he resu lts show that 1060al um inu m a lloy presents si g n ifican t re cry sta llizati on character istics ,and an approx i m ate l y i som etr i c c rysta l o rganization is obta i ned i n the re crysta lli zati on exper i m ent .The s i m u l ation resu lts o f re cry sta llizati on nuc l eation l o ca ti on and m icrostructure mo rpho l ogy got by th i s m ode l are consi stent w ith exper i m enta l res u lts ,and the evo luti on process o f crystal structure i s also consistent w ith exper i m enta l results genera lly ;how eve r ,t he si m ulated iso m etric crystal organ i zati on is not exactl y cons i sten tw i th approx i m ate l y i so m etric crysta l organ izati on by experi m ent ,and the ve l oc ity o f re cry sta llizati on by si m u lati on is a l so lo w er than tha t by ex peri m ent .K ey word s :re crystalliza ti on ;si m ulati on ;M onte C arlo

金属再结晶过程计算机组织模拟,可以仿真实验中观测不到的组织演变细节,得到定量的特征参数,预报退火后的材料性能,指导热处理工艺设计,因此,再结晶计算机组织模拟具有重要的理论和应用价值。目前组织模拟模型主要有M onte Carl o

Po tts 模型[1-3]、Cellular Auto m ata 模型[4-5]

、几何模型[6]、网格模型[7]等,其中,M on te C arl o Po tts 模型(以下简称M C Potts 模型)是一种离散的、以概率统计为基础的图像模拟模型,可以模拟再结晶形核、动态再结晶、静态再结晶等所有特征,可以数值计算再

结晶所有参数,可以通过计算机图形技术,方便地仿

真再结晶组织及其演变过程,因此,MC Potts 模型逐渐成为再结晶组织模拟的首选模型。近10a 来,该模型得到充分地重视,美国橡树岭国家实验室、森地亚国家实验室、德国Raabe 研究组等都对该模型的建立和发展做了大量工作,国内山东大学、重庆交通大学、中科院金属所等也对该模型进行了深入的研究,并应用于高纯铝、纯铜、I F 钢的再结晶组织模拟[8-11]。本文以冷加工1060铝合金为研究对象,采用改进的MC Potts 模型,进行静态再结晶模拟和