TB8合金熱變形組織介觀尺度研究與模擬.pdf

1、熱變形顯微組織演變的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)為材料顯微組織及其性能的預(yù)測(cè)和控制提供了新的途徑，促進(jìn)了材料熱塑性加工技術(shù)由“技藝”走向“科學(xué)”，成為國(guó)際上金屬塑性成形行業(yè)近年來(lái)的研究熱點(diǎn)之一。本文從介觀尺度出發(fā)，圍繞新型亞穩(wěn)β型鈦合金-TB8合金的熱變形組織展開(kāi)，綜合運(yùn)用現(xiàn)代塑性加工學(xué)、金屬學(xué)、有限元方法、晶體塑性理論、元胞自動(dòng)機(jī)方法等多種現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，對(duì)TB8合金形變及囤溶處理后顯微組織的演變進(jìn)行系統(tǒng)研究，模擬了合金的靜態(tài)再結(jié)晶行為，取得了一些有

2、意義的結(jié)論。這對(duì)于熱加工工藝方案的合理制定，促進(jìn)TB8合金的發(fā)展與實(shí)際應(yīng)用具有極為重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。
　　 本文基于Gleeble-1500型熱模擬機(jī)上進(jìn)行的等溫恒應(yīng)變速率壓縮試驗(yàn)以及后續(xù)的固溶處理試驗(yàn)，研究了TB8合金的熱變形行為，并采用雙曲正弦形式的流變應(yīng)力模型來(lái)描述合金的流變行為。在獲得的形變組織及同溶處理后的顯微組織金相照片的基礎(chǔ)上，定性、定量分析了變形溫度、應(yīng)變速率和變形程度對(duì)TB8鈦合金形變組織及固溶處理后顯

3、微組織的影響規(guī)律。采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立了TB8合金固溶處理后顯微組織再結(jié)晶體積百分?jǐn)?shù)、平均晶粒尺寸與變形工藝參數(shù)間的預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合較好，表明采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法可以較為精確地預(yù)測(cè)TB8合金的顯微組織隨變形工藝參數(shù)變化而變化的情況，從而為T(mén)B8合金熱加工工藝的制定及顯微組織演變模擬提供更為科學(xué)的理論依據(jù)。
　　 為了更好地理解TB8合金的熱變形行為，采用電子背散射衍射(EBSD)技術(shù)對(duì)TB8合金的初始組織、形

4、變組織和固溶處理后顯微組織進(jìn)行表征。結(jié)果表明TB8合金高溫形變組織呈現(xiàn)出一定的形變不均勻性，這也是后續(xù)組織模擬從介觀尺度塑性變形的不均勻性出發(fā)的根本原因。TB8合金部分再結(jié)晶組織晶粒取向均表現(xiàn)出較強(qiáng)微織構(gòu)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的形核及長(zhǎng)大與亞結(jié)構(gòu)的演變關(guān)系極為密切。靜態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生使得形變結(jié)構(gòu)有效減少，織構(gòu)明顯減弱，靜態(tài)再結(jié)晶晶粒不具有擇優(yōu)取向。
　　 基于正常長(zhǎng)大的元胞自動(dòng)機(jī)方法建立了TB8合金的初始組織，在宏觀熱力耦合模擬及EBSD測(cè)

5、試獲得初始組織晶粒取向的基礎(chǔ)上，建立了晶體塑性有限元模擬模型，對(duì)介觀尺度上TB8合金的熱塑性變形進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。分析了應(yīng)力、應(yīng)變場(chǎng)和形變儲(chǔ)能場(chǎng)分布的特點(diǎn)，并討論了塑性變形過(guò)程中滑移系的開(kāi)動(dòng)情況。結(jié)果表明基于晶體塑性有限元方法可以獲得形變儲(chǔ)存能分布以用于定量表征塑性變形的不均勻性，從而為后續(xù)再結(jié)晶組織模擬提供物理基礎(chǔ)。
　　 基于形變不均勻性對(duì)再結(jié)晶行為影響的考慮，將晶體塑性有限元與介觀尺度元胞自動(dòng)機(jī)方法相結(jié)合，建立了描述TB8合金

6、再結(jié)晶的介觀尺度模擬模型，對(duì)TB8合金再結(jié)晶行為進(jìn)行可視化模擬。首先提出一種基于加權(quán)平均的線(xiàn)性插值方法實(shí)現(xiàn)晶體塑性有限元畸變單元積分點(diǎn)上的形變儲(chǔ)存能等結(jié)果到元胞自動(dòng)機(jī)的規(guī)則網(wǎng)格中的數(shù)據(jù)傳遞，在此基礎(chǔ)上，建立了再結(jié)晶晶粒形核和生長(zhǎng)模型，從而在模型中恰當(dāng)?shù)乜紤]了形變不均勻性，使得模擬具有較好的物理基礎(chǔ)。將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，本文所建立的晶體塑性有限元與元胞自動(dòng)機(jī)耦合模型對(duì)再結(jié)晶組織進(jìn)行模擬可以獲得統(tǒng)計(jì)等效的顯微組織，與實(shí)際