核電用鋼316LN動態(tài)再結(jié)晶行為實驗研究與數(shù)值模擬.pdf

1、大型鍛件由于體積大、尺寸大,極易產(chǎn)生各種缺陷。而大鍛件的制造成本極其昂貴,且周期長期,不合理的生產(chǎn)工藝,將導致大鍛件制造的失敗,這將引起極大的經(jīng)濟損失,甚至影響其他重型裝備機械的制造和開發(fā)。從微觀上講,產(chǎn)品力學性能不合格恰恰是內(nèi)部微觀組織不合理造成的。因此,獲得細小而均勻的晶粒組織是提高產(chǎn)品力學性能的重要途徑。在熱變形過程,動態(tài)再結(jié)晶是一種重要的微觀組織演化機制,通過產(chǎn)生細小均勻的晶粒組織,提高產(chǎn)品的強度和韌性。此外,動態(tài)再結(jié)晶軟化作用

2、能顯著降低材料的熱變形抗力。而在鍛造進行之前,需要將工件加熱到較高的溫度并保溫,以獲得穩(wěn)定的單相奧氏體組織,為實際鍛造提供良好的初始微觀組織。因此,研究加熱過程中的晶粒長大行為和熱變形過程中的動態(tài)再結(jié)晶行為具有重要的意義。
　　本課題以核電大鍛件材料316LN奧氏體不銹鋼為研究對象,分別建立了用于描述加熱過程中晶粒長大行為和高溫變形過程中動態(tài)再結(jié)晶行為的唯象數(shù)學模型。針對復雜的動態(tài)再結(jié)晶過程,建立了能連續(xù)動態(tài)顯示組織演變和有效反映

3、其物理本質(zhì)的動態(tài)再結(jié)晶CA模型,實現(xiàn)了316LN鋼在高溫變形過程中的微觀組織演變的預報和控制。具體開展的研究工作如下:
　　通過加熱保溫實驗和定量金相實驗,研究了316LN鋼奧氏體晶粒長大規(guī)律,分析了加熱溫度和保溫時間對其晶粒尺寸的影響,確定了316LN鋼在實際生產(chǎn)中合理的始鍛溫度范圍,建立了描述316LN鋼奧氏體晶粒長大規(guī)律的數(shù)學模型,為獲得細小均勻的鍛前微觀組織和優(yōu)化生產(chǎn)工藝提供了依據(jù)。
　　通過Gleeble熱模擬實驗

4、,獲得了316LN鋼的高溫流變應(yīng)力曲線,分析了高溫流變應(yīng)力曲線的變化規(guī)律和材料的軟化機理,建立了316LN鋼高溫流動應(yīng)力模型和微觀組織演變模型(包括再結(jié)晶動力學模型和動態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸模型),模型計算值與實驗值吻合較好。從流變應(yīng)力曲線上提取了CA模擬所需的材料數(shù)據(jù)。
　　基于動態(tài)再結(jié)晶的位錯密度演化、再結(jié)晶形核和晶粒長大等物理冶金理論,通過追蹤唯一內(nèi)變量?元胞內(nèi)位錯密度變化,建立了用于模擬動態(tài)再結(jié)晶過程的元胞自動機模型。編制了基于

5、實驗數(shù)據(jù)的熱變形材料參數(shù)自動計算模塊,實現(xiàn)了以熱力參數(shù)為輸入的動態(tài)再結(jié)晶過程的CA模擬。
　　利用所建立的元胞自動機模型,模擬了不同變形條件下的高溫流動應(yīng)力曲線和微觀組織演變,并與實驗值進行對比驗證了模型的可靠性。通過改變應(yīng)變速率、變形溫度、應(yīng)變量以及原始晶粒尺寸,研究了熱力參數(shù)和初始晶粒組織對動態(tài)再結(jié)晶行為的影響。研究表明,基于物理冶金原理的元胞自動機模型,可以準確模擬和預測316LN鋼動態(tài)再結(jié)晶微觀組織演變和宏觀流動應(yīng)力,從而