微观组织模块-Deform Microstructure

环钢多火次锻造微观组织演变及模拟

％一·一ｐ－－０．６９３（景）Ｌ６］㈤
动态再结晶晶粒尺寸为
ｄ壤ｘ一１．１５９Ｘ１０６孑。０·２７７
（７）
４）静态模型
‰＝１－－ｅｘｐ［－ｏ．６９３（甜７０２］㈣
妣＿８．４７×１０＿１６∥９￡３‘３２３ｅｘｐ（紫】（９）
‰＝２．９８×１嘲ｍ￡＿１．Ⅳｅｘｐ（《严）
５）亚动态模型
（１０）
万方数据
‰＝１－－ｅｘｐ［－－Ｏ．６９３（科１０２］㈣，
ｄＡ玩ａ，；ｇ乩ｘ＝６１５０×３１删旷崩毛言－＇－０ｏ．－Ｓ３Ｚ１％２ｅｘｘｐｐ（（带警））（（１１３２））
６）晶粒长大模型
科～一．Ｄ８’９＝２．２Ｘ１０２６ｅｘｐ（锷产）·ｔ
（１４）
式中三——应变速率％——峰值应力
ＲＺ—－－—Ｚｅ气ｎｎ体ｅ常ｒ－数Ｈｏ，ｌｌＲｏ＝８ｍ．ｏｎ３参１Ｊ数／（ｍｏｌ·Ｋ）
１微观组织演变模型
Ｍｎｌ８Ｃｒｌ８Ｎ钢属于奥氏体不锈钢，只能采用动静态再结晶细化。研究通过Ｇｌｅｅｂｌｅ一１５００Ｄ热模拟实验获得热力参数，结合金相组织进行数据回归与分析，获得下述模型参数。
１）峰值应力的双曲正弦应力应变模型
三一６．３４Ｘ１０１６［ｓｉｎｈ（０．００７％）］４．７６ｅｘｐ（笔产）
第２期
何文武等：Ｍｎｌ８Ｃｒｌ动态再结晶晶粒；二火变形后，难变形区仍是粗大的奥氏体组织，而大变形区和小变形区晶粒则细小均匀，且大变形区晶粒沿晶界都生成了细小的动态再结晶晶粒。原因是大变形区和小变形区在第二次加热中发生了静态或亚动态再结晶，细化了晶粒，使得第二次变形的初始组织细匀化，而难变形区由于在第一次变形应变较小，没有达到发生静态再结晶的临界应变，在第二次加热过程中，只发生静态回复和晶粒长大，所以晶粒粗大；三火变形后，难变形区部分粗大的奥氏体组织细匀化，大变形区和小变形区晶粒细小均匀，大变形区沿晶界生成了细小的动态再结晶晶粒。

激光增材制造钛合金微观组织和力学性能研究进展

第53卷第1期表面技术2024年1月SURFACE TECHNOLOGY·15·激光增材制造钛合金微观组织和力学性能研究进展竺俊杰1，王优强1,2*，倪陈兵1,2，王雪兆1，刘德建1，房玉鑫1，李梦杰1（1.青岛理工大学，山东青岛 266520；2.工业流体节能与污染控制教育部重点实验室，山东青岛 266520）摘要：激光选区熔化（SLM）技术与激光熔化沉积（LMD）技术在航空航天、生物医疗等领域的应用具有巨大潜力，但由于成形的Ti6Al4V合金构件存在较差的表面质量、较大的残余应力以及内部孔洞等问题，影响了构件的力学性能，从而制约了其大规模的应用。

针对这一现状，首先概述了激光选区熔化技术与激光熔化沉积技术的制造原理，比较了2种增材制造技术的成形参数及其特点，并分析了2种不同成形技术的自身优势以及适用场合。

其次，从2种增材制造技术成形钛合金的工艺参数入手，综述了激光功率、扫描速度、激光扫描间距、铺粉厚度、粉床温度等参数对SLM工艺成形钛合金的影响，以及激光功率、扫描速度、送粉速率等参数对LMD工艺成形钛合金的影响。

发现成形工艺参数直接影响了粉末熔化程度、熔合质量和成形显微结构，从而影响成形件的组织与力学性能。

此外，综述了不同的扫描策略对两种增材制造技术成形钛合金的表面质量与力学性能的影响，可以发现在不同扫描策略下同一试样表面的不同区域表面质量、残余应力以及抗拉强度存在较大差异，同一扫描策略下试样的不同表面之间也存在各向异性。

最后，探讨了不同热处理工艺对钛合金微观组织和力学性能的影响，通过合适的热处理能够降低成形构件应力，并调控组织相变和性能。

关键词：激光选区熔化；激光熔化沉积；钛合金；微观组织；力学性能；热处理中图分类号：TG146.23 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)01-0015-18DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.01.002Research Progress on Microstructure and Mechanical Propertiesof Titanium Alloy by Laser Additive ManufacturingZHU Junjie1, WANG Youqiang1,2*, NI Chenbing1,2, WANG Xuezhao1,LIU Dejian1, FANG Yuxin1, LI Mengjie1(1. Qingdao University of Technology, Shandong Qingdao 266520, China;2. Key Lab of Industrial Fluid Energy Conservation and Pollution Control, Shandong Qingdao 266520, China)ABSTRACT: Selective laser melting (SLM) technology and laser melting deposition (LMD) technology are becoming收稿日期：2022-11-30；修订日期：2023-06-15Received：2022-11-30；Revised：2023-06-15基金项目：山东省自然科学基金（ZR2021ME063）Fund：The Natural Science Foundation of Shandong Province (ZR2021ME063)引文格式：竺俊杰, 王优强, 倪陈兵, 等. 激光增材制造钛合金微观组织和力学性能研究进展[J]. 表面技术, 2024, 53(1): 15-32.ZHU Junjie, WANG Youqiang, NI Chenbing, et al. Research Progress on Microstructure and Mechanical Properties of Titanium Alloy by Laser Additive Manufacturing[J]. Surface Technology, 2024, 53(1): 15-32.*通信作者（Corresponding author）·16·表面技术 2024年1月increasingly close to the properties of manufactured titanium alloys and forgings, which have great potential for applications in aerospace, biomedical and other fields. However, the poor surface quality, large residual stresses and the presence of internal holes in the formed Ti6Al4V alloy components affect the mechanical properties of the components, thus limiting their large-scale application. To address this situation, this work firstly outlined the manufacturing principles of selective laser melting and laser melting deposition, compared the forming parameters and characteristics of the two additive manufacturing technologies, and analyzed the advantages and applications of the two different forming technologies. Since the selective laser melting technique could adjust the thickness of the laying powder, a smaller laser spot diameter was chosen to improve the surface quality and dimensional accuracy of the formed components. The laser melting and deposition technology adopted coaxial powder feeding for faster processing and was more suitable for manufacturing medium to large metal parts.Secondly, the effects of laser power, scanning speed, laser scanning pitch, powder thickness and powder bed temperature on the forming of titanium alloys by SLM process and the effects of laser power, scanning speed and powder feeding rate on the forming of titanium alloys by LMD process were reviewed from the forming process parameters of the two additive manufacturing technologies, revealing the intrinsic effects of forming parameters, microstructure and mechanical properties in the additive manufacturing process. The direct parameters of the forming process were found to affect the degree of powder melting, fusion quality and forming microstructure, thus affecting the organization and mechanical properties of the formed parts. The effect of laser power and scanning speed on the forming process was more obvious than other factors, and there was a greater correlation between them, and a combination of lower laser power and higher scanning speed could be adopted to obtain specimens with higher microhardness. In addition, the effects of different scanning strategies on the surface quality and mechanical properties of titanium alloys formed by the two additive manufacturing techniques were reviewed, and it was found that the surface quality, residual stress and tensile strength of different regions of the same specimen surface under different scanning strategies differed significantly, and anisotropy existed between different surfaces of the specimen under the same scanning strategy. Finally, the effects of different heat treatment processes on the microstructure and mechanical properties of titanium alloys were investigated, and suitable heat treatments could reduce the stresses and regulate the phase changes and properties of formed components. Two heat treatments, annealing and solution aging, can be combined to balance the strength and plasticity of the component. To summarize the research development of these two additive manufacturing technologies, it is necessary to accelerate the establishment of a complete system of methods under the forming process and forming environment, and to promote the research on the mechanism of microstructure evolution and macro mechanical properties influence.KEY WORDS: selective laser melting; laser melting deposition; titanium alloy; microstructure; mechanical properties; heat treatment由于钛合金有着比强度较高、生物相容性较好以及耐腐蚀性能好的优势，因此在全球范围内广泛应用于生物医疗与航空领域[1-2]。

DEFORM二次开发各模块介绍

材料本构模型是实现计算机数值模拟的前提条件之一，【关于计算机数值模拟技术的发展介绍】本论文所采用的有限元模拟软件DEFORM-3D进行材料的微观组织模拟介绍，DEFORM-3D 有限元软件是集成了原材料、成形、热处理和机加工为一体的软件，可用于分析各种塑性体积成形过程中金属流动以及材料的应力、应变和温度等物理场量的分布变化情况，同时提供了材料的流动、模具间的填充、成型过程的载荷量、模具所受应力、材料的纤维流向、成型过程的坯料形成、材料的韧性断裂以及金属微观组织结构等信息。

为了实现在金属成形工艺模拟过程中进行微观组织演化的定量预测，所使用的模拟软件必须有包含微观组织变化的本构模型和专门的微观组织演化分析模块。

当前国际上虽然有多个知名商业有限元软件流行，但是它们都不具备微观组织演化的预测功能;或者软件具有微观组织变化的本构模型，但仍需使用者输入材料的参数方可进行，而软件不提供材料的参数;故很多软件都淡化此微观组织演化分析模块。

庆幸的是多数商业软件都为二次开发设置了用户子程序功能，通过编制用户子程序就能实现对微观组织演化的预测功能。

用户自定义本构模型的输入方法在当今的科学研究方向中，新材料的开发占据了一个重要的角色。

不同的材料工作者开发了不同的新材料，得到了不同的本构模型，需要对这种新材料进行模拟，为了满足这种需求，DEFORM提供了两种用户自定义本构模型的输入方法：（1）以函数形式输入本构模型。

DEFORM提供了若干常用本构模型，如图4.6所示。

若用户的本构模型与系统提供的本构模型一致，则可直接输入其相关系数即可；若用户的本构模型在系统中不存在，则可通过二次开发编程的方式将用户的本构模型加入到DEFORM中，然后在图4.6中选择“User routine”并输入所调用的本构模型子程序的编号。

(2)以数据形式输入本构模型。

DEFORM还允许通过输入数据的方式来定义材料的塑性流动行为。

具体方法是根据材料的真应力一真应变曲线，取若干个数据点，逐个输入该材料在某个温度、某个变形速率和某个真应变下的真应力。

土木工程材料的基本性质1

复合材料的性质与其材料的相组成和界面特性有
密切关系。
二、材料的结构（structure）
材料的结构是指材料的内部组织情况，分为三个层次:
微观结构（micro-structure）细观结构（meso-structure）宏观结构（macro-structure）
（一）微观结构（microstructure）
粒所填充的程度。
' V0 0 D' 100% 100% V '0 0
D' P ' 1
二、材料与水有关的性质（properties related to water）
水对材料有诸多不利的影响，如表观密度增加，导热性增加，强度下降，体积膨胀，易受冰冻破坏。
（一）、亲水性与憎水性 Hydrophilic and Hydrophobic
4、孔隙率（porosity）
孔隙率是指材料中孔隙体积与总体积的百分比。：
Vp
V0 V 0 P 100% (1 ) 100% V0
V0 V
孔隙率的大小直接反映了材料的致密程度。
5、密实度（solidity）
密实度是指材料的体积内被固体物质充实的程度。
0 V D 100% 100% V0
下的强度和变形性质。

耐久性(durability)--在各种侵蚀环境下经久耐用的性质。
第一节材料的组成、结构及构造
Composition, structure and configuration
材料的组成、结构及构造是决定材料
性质的内在因素。
一、材料的组成 the Composition
材料的组成是指材料的化学组成和矿物组成。

DEFORM相关模块介绍

DEFORM相关模块介绍DEFORM相关模块介绍1、DEFORM-2D在同⼀集成环境内综合建模、成形、热传导和成形设备特性等，主要⽤来分析成形过程中平⾯应变和轴对称等⼆维材料流动，适⽤于热、冷、温成形，⼴泛⽤于分析锻造、挤压、拉拔、开坯、镦锻和许多其他⾦属成形过程，提供极有价值的⼯艺分析数据，如：材料流动、模具填充、锻造负荷、模具应⼒和缺陷产⽣发展情况等。

包含了DEFORM的核⼼功能。

⽀持PC平台的Windows XP/Vista系列操作系统，⽀持UNIX/LINUX系统。

2、DEFORM-3D在同⼀集成环境内综合建模、成形、热传导和成形设备特性等，主要⽤于分析各种复杂⾦属成形过程中三维材料流动情况，适⽤于热、冷、温成形，提供极有价值的⼯艺分析数据，如：材料流动、模具填充、锻造负荷、模具应⼒和缺陷产⽣发展情况等，DEFORM-3D功能与2D类似，但它处理的对象为复杂的三维零件、模具等。

⽀持PC平台的Windows XP/Vista 系列操作系统，⽀持UNIX/LINUX系统。

3、DEFORM-F2集成前处理、求解器和后处理于⼀体的独⽴分析系统，具有向导式的操作界⾯，使得⽤户可以⽅便地建⽴模型并完成分析过程。

主要⽤于典型的平⾯应变和轴对称等⼆维材料流动的冷、温、热成形以及传热过程分析。

相对于DEFORM-2D，DEFORM-F2更容易使⽤，⽤户能够很轻松完成前处理设置。

但是软件功能上有⼀些限制，⽐如：⽀持材料本构类型相对于DEFORM-2D较少，不⽀持⽤户⼦程序，不能设置复杂的边界条件，不能配置ADD-ON的模块，只能⼿动设置多步成形等等。

在PC平台的Windows XP/Vista系列操作系统下使⽤。

4、DEFORM-F3与DEFORM-F2类似，DEFORM-F3为3D的简化版本。

相对于DEFORM-3D，DEFORM-F3更容易使⽤，主要⽤于分析各种复杂⾦属成形过程中三维材料流动情况，对于典型成形过程，具有向导化的操作界⾯，⽤户能够很轻松完成前处理设置。

DEFORM

DEFORM通过在计算机上模拟整个加工过程，帮助工程师和设计人员： ● 设计工具和产品工艺流程，减少昂贵的现场试验成本。
● 提高模具设计效率，降低生产和材料成本。
● 缩短新产品的研究开发周期。
● 分析现有工艺方法存在的问题，辅助找出原因和解决方法
产品特色
■ 友好的图形界面
DEFORM专为金属成形而设计，具有windows风格的图形界面, 可方便快捷地按顺序进行前处理及其多步成形分析操作设置，分析过程流程化，简单易学。另外，DEFORM针对典型的成形工艺提供了模型建立模板，采用向导式操作步骤，引导技术人员完成工艺过程分析。
DEFORM
——金属成形及热处理专业仿真环境
行业化专用
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
产品关键词
DEFORM
——
● 金属成形
- 包括锻造、挤压、拉拔、开坯、轧制、粉末成形、烧结、冲压及冲裁等工艺以及锻坯优化设计。
● 热处理
- 包括正火、退火、淬火、回火、时效处理、渗碳、蠕变、高温处理、相变、金属再结晶、硬化、晶粒生长和时效沉积、感应加热、电阻加热等。
变的可视化观测。 ● 可通过显式算法计算金属断裂过程的微观孔洞的形成及组织裂纹。
DEFORM

DEFORM
金属成形及热处理专业仿真环境
■ 切削过程分析
● 模拟车、铣、刨及钻孔等机械加工过程。 ● 模拟切削过程工件温度、变形及切屑产生。 ● 预测切削刀具的受力、温度变化。 ● 评估刀具的磨损情况。 ● 模拟切削过程中工件发生的热处理相变。 ● 可以分析各种材料金相，每种金相都有自己的弹性、塑性、热和硬度属性。 ● 混合材料的特性取决于热处理模拟中每一步的各种金属相的百分比。
DEFORM

ProCAST微观组织设置教程

形核过冷度
Critical undercooling Copyright © ESI Group, 2006. All rights reserved. 6
Microstructure – 设置
形核长大参数(eutectic共析钢)
Eutectic Growth
Copyright © ESI Group, 2006. All rights reserved.
Copyright © ESI Group, 2006. All rights reserved.
18
Microstructure – 验证
Trends for microstructure of Cast Iron
增大 EUNUC and EUPOWER 值会减少 graphite nodule 和 austenite grains 晶粒越大,越容易生成珠光体奥氏体半径越小,铁素体数量越多 bigger grains to more pearlite 凝固过程中冷却速率的影响
Cooling rate effect arround eutectoïd transformation共析出转变温度附近(720°C)冷却速率的影响
快: more pearlite更多的珠光体慢: more ferrite更多的铁素体
Copyright © ESI Group, 2006. All rights reserved.
Coupled/Uncoupled
计算慢结果更精确小步长
计算快结果精度一般需要控制时间步长
9
Copyright © ESI Group, 2006. All rights reserved.
Microstructure –

基于 DEFORM-3D 7050 铝合金动态再结晶元胞自动机模拟

易幼平，刘超，黄始全
(中南大学机电工程学院，湖南长沙，410083)
摘要：通过热模拟实验与金相实验建立 7050 铝合金流变应力模型与动态再结晶的元胞自动机模型(CA 模型)，
该模型综合考虑动态回复、位错密度以及形核率等因素对动态再结晶的影响。应用 DEFORM-3D 有限元软件模拟
7050 铝合金自由锻过程与微观组织演变，研究工艺参数与锻件变形程度对微观组织的影响。研究结果表明：变形
第5期
易幼平，等：基于 DEFORM-3D 的 7050 铝合金动态再结晶元胞自动机模拟
1815
外学者在此领域进行了大量实验与理论研究。Rollett 等[1]采用 Monte Carlo 方法对动态再结晶的微观组织演化进行了模拟，但他们只考虑了形核率和不同变形条件下存储能的影响。Peczak 等[2−5]将 Monte Carlo 方法与 KM 模型结合，模拟了加工硬化及动态回复对动态再结晶微观结构的影响，但由于 Monte Carlo 的局限性，无法考察晶粒的生长动力学特征。近年来，采用元胞自动机(Cellular automaton，CA)模拟材料成形过程微观组织演变规律受到普遍关注。李殿中等[6−7] 采用 CA 法对金属凝固成形过程的再结晶过程进行了模拟。Hesselbarth 等[8]建立了基于元胞自动机法的初次再结晶模型，但他们并没有对动态再结晶进行模拟。 Goetz 等[9]在 Hesselbarth 等[8]的基础上对动态再结晶进行了模拟研究，但他们的模型没有与热加工过程的实际参数建立关系，因而无法直接考察变形条件对动态再结晶动力学的影响。总体来说，CA 作为一种时间、空间、状态都离散的网格动力学模型，目前已应用于凝固结晶的形核生长、再结晶和相变等过程的模拟[10−13]，但对于锻造过程中的动态再结晶的模拟还很少。Deform-3D 是目前用于材料热成形过程模拟的大型商用软件，其中的 CA 模块可用于模拟材料热成形过程的微观组织演变规律分析。本文作者利用 DEFORM-3D 软件平台与 CA 模块对 7050 铝合金锻件自由锻工艺进行仿真分析，利用热力模拟实验确定 7050 铝合金高温流变方程与再结晶模型，建立 7050 铝合金 CA 仿真模型，研究锻造工艺参数对材料内部组织的影响规律，以便为 7050 铝合金自由锻工艺设计提供依据。

基于Deform3D二次开发的塑性成形过程组织演化模拟

基于Deform3D二次开发的塑性成形过程组织演化模拟[ 内容简介 ]金属热成形方法可以有效改善产品的综合机械性能，利用有限元模拟可以为控制锻造和产品质量提供理论依据摘要：金属热成形方法可以有效改善产品的综合机械性能，利用有限元模拟可以为控制锻造和产品质量提供理论依据。

在Deform3D的热力耦合刚粘塑性有限元模拟技术的基础上，进行了微观组织演化的二次开发，可以扩展有限元软件的组织模拟能力，并利用该方法对20CrMnTi钢镦锻热成形过程进行了计算机模拟，得到了热力参数的分布状况和内部晶粒度变化的规律。

通过摇臂轴的镦锻成形模拟证明了组织模拟能够为工艺改进提供了理论依据。

关键词：刚粘塑性；有限元；晶粒尺寸；显微组织演化；热镦锻0 引言高温成形过程中，金属将发生动态和静态再结晶，产生新的晶粒。

这种微观组织的演变在很大程度上决定了产品的宏观力学性能[1，2]。

利用热加工过程控制晶粒大小，细化微观组织，是提高产品力学性能的重要手段。

因此，研究材料在热成形过程中宏观力学行为和微观组织的变化，揭示其相互之间的关系，并依据优化工艺参数、设计塑性成形工艺和锻后冷却方案，这对解决目前的工艺问题，提高产品质量是很有意义的，同时也是变形过程全面模拟的前沿课题[3]。

有限元数值模拟技术是随着物理模拟设备的完善以及计算机技术的发展而发展起来的。

鉴于有限元法是目前唯一能对塑性加工过程给出全面且较为精确数值解的分析方法，本文对材料组织性能所进行的数值模拟均采用该分析方法。

数值模拟软件是求解塑性加工问题的一个基本工具。

现在市场上已有许多成熟的用于金属塑性加工的商业软件。

如DEFORM，MSC.MARC，MSC.SUPERFORM，Dynaform等，但这些软件都只进行宏观变形和温度的分析计算，没有考虑宏观与微观耦合，不具备微观组织演化的模拟和预测功能，或者只具有简单的预测能力，其模型并不一定适合于所考察的问题。

本文通过对Deform3D二次开发，将适合于材料的组织模型与成形的热力耦合计算结合，模拟热成形过程中的组织演化。

Deform学习课件(完整版)

2.7 定义物间关系
• 1．在前处理控制窗口的右上角点击 Inter object… 按钮 • 会出现一个提示，选择Yes 弹出Inter Object窗口。 • 2．定义物间从属关系：在 v5.0中，系统会自动将物体 1和后面的物体定义为从属关系(Slave - Master)，即软的物体为Slave，硬的物体设为Master
2.8 设置模拟参数
• 1．在前处理控制窗口的右上角选择按钮进入Simulation Control窗口 • 2．选择左侧第二个选项Step进行模拟步数和步长的设定。 • 3．设置Number of Simulation Steps:20；除非模拟意外终止，否则程序将运行至20步。设置 Set the Step Increment to Save: 2．这里的意思是每2 步保存一次，这是避免每步都保存，造成数据文件过大． • 4．前面设置了20步，但每一步的含义还没有明确，在下面设置With Constant Die Displacement为0.13. 这个数值是根据变形体单元长度的1/3 来估算的。一般模拟都用这个比例，比较容易收敛而且又不会浪费时间。这样上模将向下(- Z)运动1.6in • 5. OK关闭该窗口
3．回到Inter Object窗口后选择第二组
4．重复1 - 2 的操作，将 Bottom Die 和WorkPiece的摩擦系数也设为0.12 5．也可以在第2步后，点击按钮
2.7 定义物间关系
• 切记在上述操作后，被定义的物体组之间并没有接触关系，只是定义了他们之间一旦接触后的摩擦系数，真正定义接触必须点击按钮在这个操作后，互相接触的物体，Mater会自动与Slave发生干涉，互相嵌入这是为了更快地进入接触状态，节省计算时间，互相嵌入的深度，是由窗口中的Tolerace来定义的． • 在本例中，不必改动公差值，直接点击按钮 Generate All 生成接触关系。

DEFORM二次开发各模块介绍

材料本构模型是实现计算机数值模拟的前提条件之一，【关于计算机数值模拟技术的发展介绍】本论文所采用的有限元模拟软件DEFORM-3D进行材料的微观组织模拟介绍，DEFORM-3D 有限元软件是集成了原材料、成形、热处理和机加工为一体的软件，可用于分析各种塑性体积成形过程中金属流动以及材料的应力、应变和温度等物理场量的分布变化情况，同时提供了材料的流动、模具间的填充、成型过程的载荷量、模具所受应力、材料的纤维流向、成型过程的坯料形成、材料的韧性断裂以及金属微观组织结构等信息。

为了实现在金属成形工艺模拟过程中进行微观组织演化的定量预测，所使用的模拟软件必须有包含微观组织变化的本构模型和专门的微观组织演化分析模块。

当前国际上虽然有多个知名商业有限元软件流行，但是它们都不具备微观组织演化的预测功能;或者软件具有微观组织变化的本构模型，但仍需使用者输入材料的参数方可进行，而软件不提供材料的参数;故很多软件都淡化此微观组织演化分析模块。

庆幸的是多数商业软件都为二次开发设置了用户子程序功能，通过编制用户子程序就能实现对微观组织演化的预测功能。

用户自定义本构模型的输入方法在当今的科学研究方向中，新材料的开发占据了一个重要的角色。

不同的材料工作者开发了不同的新材料，得到了不同的本构模型，需要对这种新材料进行模拟，为了满足这种需求，DEFORM提供了两种用户自定义本构模型的输入方法：（1）以函数形式输入本构模型。

DEFORM提供了若干常用本构模型，如图4.6所示。

若用户的本构模型与系统提供的本构模型一致，则可直接输入其相关系数即可；若用户的本构模型在系统中不存在，则可通过二次开发编程的方式将用户的本构模型加入到DEFORM中，然后在图4.6中选择“User routine”并输入所调用的本构模型子程序的编号。

(2)以数据形式输入本构模型。

DEFORM还允许通过输入数据的方式来定义材料的塑性流动行为。

具体方法是根据材料的真应力一真应变曲线，取若干个数据点，逐个输入该材料在某个温度、某个变形速率和某个真应变下的真应力。

针对316LN 不锈钢动态再结晶模型的DEFORM 二次开发

针对316LN 不锈钢动态再结晶模型的DEFORM 二次开发鲍梅玲;刘建生;段兴旺【摘要】According to the known dynamic recrystallization model of 316LN stainless steel, the secondary devel-opment about the microstructure part of the DEFORM numerical simulation software has been made , which can predict the volume fraction and the average grain size of dynamic recrystallization microstructure of 316LN steel in the thermo-plastic deformation process .Moreover, the coupling analysis functionality of the finite element deformation-heat trans-fer-microstructure evolution in the thermoplastic deformation process has been enhanced .Finally the simulation results matches the experimental results very well , which illustrates the second development is successful .And the results lay the theoretical foundation for the optimization and control of the forging microstructure .%根据已知的316LN不锈钢的动态再结晶模型，对DEFORM数值模拟软件的微观组织部分进行了二次开发，预测316LN热塑性变形过程中动态再结晶组织的体积分数和晶粒平均尺寸的变化过程，使热塑性变形过程的有限元变形-传热-组织演化耦合分析功能得到了增强。

Deform二次开发步骤

Deform 3D二次开发步骤为了在金属成形工艺模拟过程中进行微观组织演化的定量预测，所使用的模拟软件必须有包含微观组织变化的本构模型和专门的微观组织演化分析模块。

当前国际上虽然有多个知名商业软件流行，但是它们都不具备微观组织演化的预测功能。

庆幸的是多数商业软件都为二次开发设置了用户子程序功能，通过用户子程序，用户就能根据自己的需要增加自己的微观组织预测功能。

为了使DEFORM3D软件具有微观组织演化预测功能，本研究尝试将包含动态再结晶的热刚—粘塑性材料本构模型植入到DEFORM3D中，并在模拟结果中能够显示晶粒度等用户变量在变形体内的分布。

在研究出具体开发步骤前，必须要对Defom中的程序有所深入了解。

一、DEFORM3D二次开发基础理论1、用户子程序结构本研究的DEFORM3D二次开发涉及到的子程序有：USRMSH、USRMTR、UFLOW、USRUPD（含USR和CHAZHI）。

（1）可以改变几乎所有变量的子程序（USRMSH）子程序功能：该子程序包含了有限元计算中所有的全局变量，通过这个用户子程序，可以修改所有这些变量。

但这些全局变量的改变将直接影响有限元的计算，处理不当就会使整个程序不能正常进行。

在DEFORM3D子程序功能中，所有的用户变量必须在USRUPD子程序中定义。

本文的用户子程序中共定义了18个用户单元变量。

各用户变量的含义如列表所示。

该子程序用于某些必要数据的获取和存储流程图如下图所示：（2）流动应力子程序（USRMTR、UFLOW）SUBROUTINE USRMTR（NPTRTN，YS，YPS，FIP，TEPS，EFEPS，TEMP）SUBROUTINE UFLOW（YS，YPS，FIP，TEPS，EFEPS，TEMP）子程序的变量含义：NPTRTN：应力模型编号；YS：流动应力；YPS：流动应力对等效应变的导数；FIP：流动应力对等效应变速率的导数；TEPS：等效应变；EFEPS：等效应变；TEMP：温度。

Deform详细教程课件

求解器设置
选择适当的求解器和迭代方法，以及设置收敛准则和迭代次数等。
结果文件类型及查看方法
结果文件类型
Deform软件支持多种结果文件类型，如.odb、.frd、.plt等。其中，.odb 文件为二进制格式，包含完整的模拟结果数据；.frd和.plt文件为文本格式，可方便地进行后处理和数据分析。
结构
教程将按照由浅入深、由易到难的原则进行组织，首先介绍软件的基本操作和基础知识，然后逐步深入到高级功能的应用和案例分析。同时，教程中将穿插大量的实例和案例，以帮助用户更好地理解和掌握相关知识和技能。
02
Deform软件概述
软件功能和特点
01
02
03
04
强大的模拟功能
Deform软件支持各种金属成形工艺的模拟，包括锻造、轧
网格密度控制
在关键区域（如应力集中区、流动边界层等）加密网格，以提高求解精度。
边界层处理
对于涉及流动或传热问题的模型，需在边界层处划分合适的网格以捕捉物理现象。
实例演示：建模与网格划分
1
以简单几何体为例，演示从建模到网格划分的完整流程。
2
针对复杂模型，展示高级建模技巧和网格划分策略。
3
通过对比不同网格类型和密度对求解结果的影响，强调网格划分在数值仿真中的重要性。
实例四
演示如何在模拟过程中修改材料属性和边界条件，以便更准确地模拟实际工况。
05
模拟计算与结果分析
模拟计算参数设置
材料参数
包括弹性模量、泊松比、密度等，用于描述材料的力学性质。
边界条件
定义模型的约束和载荷，如固定支撑、压力、温度等。
网格划分
将模型离散化为有限个单元，用于数值计算。网格密度和类型会影响计算精度和效率。

DEFORM如何作用于高温合金微观组织的计算

文章来源：安世亚太官方订阅号（搜索：peraglobal）DEFORM是一套基于有限元分析方法的专业工艺仿真系统，用于分析金属成形及其相关的各种成形工艺和热处理工艺。

DEFORM 不同于一般的有限元程序，是专为金属成形而设计、为工艺设计师量身定做的软件，可以用于模拟零件制造的全过程，从成形、热处理到机加工，帮助设计人员在制造周期的早期能够检查、了解和修正潜在的问题或缺陷。

本文为大家介绍DEFORM高温合金微观组织计算应用。

IN-625是一种常用于航天、航海和能源行业的高温镍基合金，主要用于高腐蚀、高温和高强度环境下。

高温下的强度必然导致极大的锻造载荷，因此在生产少量锻件以后，模具经常发生失效。

细化晶粒是IN-625合金的强化机制，如下图所示。

细晶粒的锻件相比粗晶粒锻件具有更高的屈服和抗拉强度值。

另外，在高温下单个晶粒生长迅速，因此为了满足机械性能要求，将使用较低的锻造温度。

随着温度的降低，IN-625合金变形需要的流动应力迅速增加。

相反的，在较高温度下锻造高温合金充满模具型腔过程具有低的流动应力，需要锻造载荷也较低。

高温锻造减少了模具中的应力，从而增加了模具寿命。

因此，从模具的角度来看，较高的锻造温度是优选的。

不幸的是，这些相互竞争的过程正朝着相反的方向发展。

锻造温度越低，晶粒越细，强度性能越好。

而较高的锻造温度又能提高模具寿命。

合金的锻造过程是通过动态、亚动态和静态再结晶来细化晶粒尺寸。

没有简单的设计方法可以确保锻件在不损坏模具的情况下满足机械性能要求。

在DEFORM模拟中，JMAK模型提供了锻件晶粒尺寸的实际估计。

DEFORM模拟还允许借助模具应力分析来预测模具失效的可能性。

因此，锻造工程师可以研究折衷方案以成功地锻造IN-625合金零件。

美国DF公司在生产一个IN-625合金的锻件时，由于零件为了满足强度要求，需要在低温下锻造，但在锻打过程中存在严重的模具失效问题。

模具应力分析计算后，发现了与几次实际锻造后发生的断裂相符的过度拉伸应力（上图红色区域）。

Deform-3D软件在材料科学基础课程教学中的应用

广东化工2021年第9期·296· 第48卷总第443期Deform-3D 软件在材料科学基础课程教学中的应用谭元标*，雷源源，万明攀(贵州大学材料与冶金学院，贵州贵阳550025)Application of Deform-3D Software in Teachingof Fundamentals of Materials ScienceTan Yuanbiao *,Lei Yuanyuan,Wan Mingpan(College of Materials and Metallurgy,Guizhou University,Guiyang 550025,China)Abstract:In this paper,an objective is carried out to introduce the applications of Deform-3D software in the course teaching on the recovery and recrystallization of metal materials.Take an example of hot deformation of zirconium alloy,the recovery and recrystallization characterization of the zirconium alloy at any time can be intuitively exhibited by simulating images.Through dynamic simulation,students can have a deeper understanding of the basic knowledge of recovery and recrystallization in metal pared with the simple multimedia courseware teaching method,a better teaching effect can be obtained by the method of simulation assisted teaching.Keywords:fundamentals of materials science ；metal materials ；Deform-3D software ；finite element model ；course teaching材料科学基础作为金属材料专业的最基础专业核心课程，主要介绍材料科学的基本理论知识，如材料的微观结构(晶体结构和晶体缺陷)、液态金属材料凝固过程的相变行为、固态金属热处理过程的相变以及原子的扩散行为、金属材料的形变与再结晶行为等。

晶粒度分析

DEFROM-3D之晶粒度分析模拟1.创建一个新问题在主窗口中选中一个DB文件，单机后处理的Microsoftstructure按钮，打开DEFORM-MICROSTRUCTURE窗口，单击Add project按钮增加计划。

2. 追踪选项设置点击define按钮，在坯料上选取5个点，如图2所示单机next按钮，在追踪界面选中No单选按钮，点击next。

3. 离散点阵设置在离散点阵界面，类型选中Celluar Automata单选按钮（即CA模型），几何选中Square单选按钮，行和列分别设置为50，绝对尺寸为1，如图3所示4. 边界条件设置在边界条件界面，保持默认设置即可5. 晶粒边界条件设置在晶粒边界选项界面，设定Grain boundaries coupled to material flow 为No。

Neighborhood选第一个，半径为1如图4所示6. 位错密度常数设置根据实际情况分别查找到对应材料各参数值，本次演示操作选取的值如图5所示7. 再结晶设置在再结晶界面选中Discontinous dynamic recrystallization (DRX)复选框，如图6所示，点击next8. 形核状况设置（1）在晶核形成界面1选中Function of threshold dislocation density and probability 单选按钮，如图7所示，然后next（2）在晶核形成条件界面2里，Critical dislocation density for DRX设为0.02，Probability of nucleation设为0.01，如图8所示，然后单击next。

9. 晶粒生长设置在晶粒长大和材料常数界面，常数设为1，如图9所示，然后next10. 流动应力和材料常数设置（1）在流动应力和材料常数界面，单击define按钮，输入温度100，流动应力20000000；温度500，流动应力10000000.如图10所示。

铸造仿真软件项目建议书

铸造仿真软件项目建议书(总18页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除目录1背景 (2)2铸造模拟仿真对我院的作用 (3)2.1铸造仿真对7室的作用 (3)2.2铸造仿真对铸钢厂的作用 (4)3铸造仿真软件的调研与考核 (4)4软件开发商法国ESI集团简介 (4)5Procast软件特点 (5)6Procast软件效果预评 (12)6.1三维模型建立 (12)6.2网格划分 (13)6.3工艺条件与计算参数 (13)6.4数值计算 (13)6.5结果显示 (14)6.6分析及建议 (16)7Procast软件在我院使用构想 (17)7.1铸造模拟解决方案使用部门 (17)7.2铸造模拟解决方案硬件需求 (18)8Procast软件模块配置建议 (18)1 背景长期以来，对于铸造工艺的改进主要依靠经验和试验，一直缺乏一套专业的、有效的方法和手段。

模拟是控制设计、制造过程并预测产品早期服役可能出现问题的最好解决方法。

当前，有限元理论已十分成熟，相应的模拟商业软件也逐步趋于成熟，并在各行各业逐步发挥其巨大的作用。

现代制造工艺越来越复杂，性能、精度要求也越来越高，依赖试验的设计手段设计费用越来越高，周期越来越长，也越来越不容易保证可靠性。

而从一些发达国家的经验来看，仿真技术的应用可以大大减少试验的比重，减少了设计的盲目性，节省巨额的设计费用，设计周期也大大缩短。

从我院专业发展的角度看，急需在数值仿真这一方面提高一个层次，实现我院研发能力的跨越式发展。

铸造仿真软件的开发是一项技术含量很高、专业性很强的工作，作为一个设计单位，自行开发不切实际。

国内一些专业单位开发的同类产品在实用性、规范性和易用性等方面都有不足。

ESI集团的ProCAST是业界领先的铸造过程模拟软件，基于强大有限元求解器和高级选项，提供高效和准确的求解来满足铸造业的需求。

parent microstructure 本体微观结构

parent microstructure 本体微观结构Parent Microstructure: Understanding the Substructure of MatterIntroductionThe study of parent microstructure seeks to uncover the fundamental building blocks of matter at the atomic and molecular level. By examining the substructure of materials, scientists can gain valuable insights into their properties and behavior. In this article, we will explore the significance of parent microstructure and its applications in various fields.Understanding Parent MicrostructureParent microstructure refers to the arrangement and distribution of atoms or molecules within a material before any external forces or conditions are applied. It serves as the foundation upon which the material's properties and performance are built. By studying the parent microstructure, scientists can predict how the material will behave under different conditions or when subjected to external factors such as stress, temperature, or pressure.Methods for Studying Parent MicrostructureThere are several techniques used to study the parent microstructure of materials. One commonly employed method is microscopy, which allows scientists to observe the material at a high resolution. Optical microscopes provide a 2D view of the material's microstructure, while electron microscopes can offer even higher magnification and a 3D perspective.Another approach is X-ray diffraction (XRD), which determines the crystallographic structure of a material. By analyzing the diffraction patternproduced when X-rays interact with a sample, scientists can deduce the arrangement of atoms or molecules within the material.Additionally, spectroscopy techniques such as nuclear magnetic resonance (NMR) and infrared (IR) spectroscopy provide valuable information about the chemical composition and bonding within a material. These techniques allow researchers to identify specific functional groups or elements present in the material.Applications of Parent Microstructure1. Material Design and EngineeringThe parent microstructure plays a crucial role in material design and engineering. By understanding the arrangement of atoms or molecules within a material, scientists can tailor its properties to meet specific requirements. For example, by controlling the grain size and distribution in metals, engineers can enhance their strength or ductility, making them suitable for various applications.In the field of ceramics, the parent microstructure affects properties such as strength, toughness, and thermal conductivity. By manipulating the arrangement of atoms in a ceramic matrix, researchers can develop materials with improved mechanical durability or thermal insulation capabilities.2. Semiconductor TechnologyIn semiconductor technology, the parent microstructure of materials like silicon and gallium arsenide determines their electrical conductivity and optical properties. The arrangement of dopant atoms within the crystal lattice can create regions of either excess or deficient electrons, forming a p-njunction. This junction is fundamental to the operation of electronic devices such as diodes and transistors.By controlling the parent microstructure of semiconductors, engineers can optimize their performance for various applications, ranging from computer chips to solar cells.3. Biological SystemsUnderstanding the parent microstructure of biological materials such as proteins, DNA, and cell membranes is essential for unraveling their functions and properties. For example, the arrangement of amino acids in a protein determines its folding pattern and, consequently, its biological activity.By studying the parent microstructure of biological systems, researchers can gain insights into disease mechanisms, drug interactions, and the development of new therapeutic strategies.ConclusionThe study of parent microstructure offers valuable insights into the substructure of matter and its impact on material properties and performance. Techniques such as microscopy, spectroscopy, and X-ray diffraction enable scientists to explore and manipulate materials at the atomic and molecular level. Through a deeper understanding of parent microstructure, researchers can design and engineer materials with enhanced properties and explore new frontiers in technology and medicine.。