橋梁鋼熱壓縮變形動態(tài)再結晶行為的雙尺度模擬.pdf

1、隨著控冷控軋技術與合金化的綜合應用，性能更加優(yōu)越的各種新型鋼種不斷得到開發(fā)和應用。其中，奧氏體區(qū)再結晶軋制發(fā)揮了重要作用。為了確定最佳的熱軋工藝參數(shù)以實現(xiàn)合理的再結晶控軋，深入研究鋼的熱變形期間動態(tài)再結晶行為十分必要，特別是采用計算機模擬方法進行的動態(tài)再結晶研究更具有重要的理論和實際意義。
　　 由于形成機制復雜、影響因素眾多、過程較快、組織變化模型難以構建等，橋梁鋼動態(tài)再結晶模擬的研究相對較晚，且基于物理或實驗模擬的有限元-宏

2、觀組織模擬與有限元-介觀組織模擬相結合的雙尺度動態(tài)再結晶模擬的相關研究更是鮮見。為此，本文以新型橋梁鋼特別是HPS485wf鋼為研究對象，在結合了熱模擬實驗、定量金相分析技術、有限元分析技術和動態(tài)再結晶組織模擬技術的基礎上，以MARC軟件作為數(shù)值模擬的支撐平臺、基于唯象模型或MC模型所開發(fā)的應用程序作為動態(tài)再結晶組織模擬的工具，對該鋼單道次熱壓縮變形過程中動態(tài)再結晶行為進行了物理模擬-有限元模擬-雙尺度組織模擬(宏觀與介觀)的全面研究。

3、
　　 首先，對HPS485wf和Q420qE兩種典型的橋梁鋼進行了系統(tǒng)的熱模擬等溫壓縮實驗，揭示了變形參數(shù)對它們的熱變形力學行為和動態(tài)再結晶組織演變的影響規(guī)律及其形成機理，獲得了發(fā)生動態(tài)再結晶的特征參數(shù)值，為后序的唯象模型和MC模型的建立、檢驗以及它們的宏觀和介觀組織模擬奠定了實驗基礎。
　　 其次，根據(jù)變形條件對形變和動態(tài)再結晶行為存在影響進行的熱模擬實驗研究，建立了能夠描述HPS485wf鋼流變行為的通用本構關系模

4、型和簡化本構關系模型?；贜ajafizadeh和Jonas提出的簡化θ-σ模型以及Cingara和McQueen提出的流變應力模型，得到了該鋼熱壓縮變形動態(tài)再結晶臨界參數(shù)模型以及對應的動態(tài)再結晶唯象模型，使得后續(xù)有限元-動態(tài)再結晶唯象模型的宏觀組織模擬得以進行。
　　 隨后，采用熱/力耦合剛塑性有限元-動態(tài)再結晶唯象模型，以通用的大型商業(yè)分析軟件MSC.MARC與二次開發(fā)的子程序為軟件支撐，成功模擬了HPS485wf鋼在不同熱

5、壓縮變形條件下其內部的等效應變、動態(tài)再結晶狀態(tài)的演化過程，驗證了所建臨界參數(shù)模型、動態(tài)再結晶唯象模型的合理性；研究了變形條件對其力學行為、組織演化及其動態(tài)再結晶行為的影響，全面揭示了該鋼內部的宏觀動態(tài)再結晶規(guī)律，為有限元-介觀動態(tài)再結晶組織模擬的研究提供了對比素材。
　　 然后，基于MC法建立了包括能量模型、形核模型、實時轉換模型等的介觀動態(tài)再結晶模型，成功模擬了不同熱壓縮條件下HPS485wf鋼的微觀組織、動態(tài)再結晶體積分數(shù)、

6、平均晶粒尺寸演變的介觀尺度特征，實現(xiàn)了多輪次動態(tài)再結晶共存現(xiàn)象的介觀模擬，揭示了該鋼內部介觀組織動態(tài)再結晶規(guī)律，為有限元-介觀動態(tài)再結晶組織模擬提供了有效模型。
　　 最后，采用熱/力耦合有限元-動態(tài)再結晶MC模型，完成了選定變形條件下HPS485wf鋼內部微區(qū)的動態(tài)再結晶行為的介觀組織模擬，并與相應的熱/力耦合有限元-動態(tài)再結晶唯象模型的宏觀組織模擬進行了對比，證實了兩種尺度模擬結果的相互關聯(lián)，實現(xiàn)了該鋼動態(tài)再結晶宏觀-介觀的

7、雙尺度模擬。
　　 綜上所述，本文實現(xiàn)了熱壓縮變形的HPS485wf鋼動態(tài)再結晶的雙尺度模擬；創(chuàng)建了該鋼的本構關系模型、臨界參數(shù)模型、動態(tài)再結晶唯象模型、動態(tài)再結晶MC模型，開發(fā)了相關應用程序，成功地模擬了它的多輪次共存動態(tài)再結晶現(xiàn)象；完成了該鋼熱壓縮變形的物理模擬-有限元數(shù)值模擬-動態(tài)再結晶組織模擬的系統(tǒng)研究，從宏觀和介觀層次上全面揭示了變形條件對其形變和動態(tài)再結晶行為的影響規(guī)律及其物理本質，實現(xiàn)了它的動態(tài)再結晶行為及其組織演