[发明专利]一种GH4169合金热变形动态再结晶模拟方法

说明书

一种GH4169合金热变形动态再结晶模拟方法，步骤为：(1)设定初始的变形温度、模拟时间步参数；(2)计算临界应变，设置变量k，并赋值k＝0，逐步增加元胞自动机时间步(元胞自动机S)；(3)再结晶形核取向数；(4)遍历每个元胞，判断并模拟晶粒长大；(5)识别该时间步的晶界，重新判定晶界元胞；(6)当前时间步结束后，立刻更新图像，并存储该时间步计算得到的结果，赋值k＝k+1，然后重新跳回第三步接着执行；当元胞自动机S达到设定的总模拟时间步时，即k大于或等于元胞自动机S，模拟过程终止，此时输出再结晶晶粒尺寸和再结晶体积分数等参数，完成GH4169合金热变形动态再结晶模拟。本发明实用性强，应用价值高，误差小。

技术领域

本发明属于材料模拟技术领域，特别涉及一种GH4169合金热变形动态再结晶模拟方法。

背景技术

GH4169合金因其优异的综合性能，被广泛应用在宇宙航天、石油工业及核能等领域，该合金的另一个特点是其组织对热成形工艺特别敏感；故掌握热加工过程中GH4169合金工艺参数与组织演变间的关系，并建立合金热变形过程组织演变的模型，对优化合金的性能及针对不同要求制定合理的工艺规程具有非常重要的应用价值。

随着材料科学及计算机模拟技术的发展，目前涌现出大量描述材料组织演变的数学模型，其中流行的有经验模型及元胞自动机模型。经验模型能在一定范围内保证模拟的精度，并能嵌入有限元软件进行运算；元胞自动机模型在模拟复杂系统演变方面有着独特的优越性，故近来受到了越来越多学者的重视；但对于GH4169合金组织演变模拟领域，目前经验模型的应用较少，特别是元胞自动机再结晶模拟处于空白。同时，通过元胞自动机模拟金属动态再结晶，大都使用位错密度作为动态再结晶的诱发因素，且晶粒长大及形核始终与位错密度有关；但实验表明，如果位错在变形金属中是均匀分布的，则不管位错密度多大，均不会发生再结晶；且通过计算发现，对于GH4169合金，这种由位错密度控制的方法与实际实验结果吻合效果差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种GH4169合金热变形动态再结晶模拟方法，该方法是一种基于动态再结晶唯象理论及元胞自动机原理的GH4169合金热变形动态再结晶模拟方法。

一种GH4169合金热变形动态再结晶模拟方法，所述方法基于动态再结晶唯象理论及元胞自动机原理，包括如下步骤：

(1)设定初始的变形温度、模拟时间步参数，读取应变速率数据，将由晶粒正常长大生成的母相组织及进行晶界识别后的晶界元胞参数传递给动态再结晶子程序的元胞空间，并为其重新命名；

(2)计算临界应变，设置变量k，并赋值k＝0，逐步增加元胞自动机时间步(元胞自动机S)，同时每一元胞自动机S各元胞的等效应变ε相应增加Δε，(Δε由总应变量及总时间步计算得到)，动态再结晶过程开始发生时，元胞的应变ε达到或大于当前工艺条件下的临界应变，记录读取此时元胞的应变ε为临界应变；

(3)再结晶形核取向数，元胞应变ε超过临界应变(此元胞为晶界元胞)，赋予该元胞一个0～1之间的随机概率值P；若P大于形核概率Pnuclei则将此晶界元胞转换为晶核元胞，作为再结晶形核，并将其元胞序列号作为该晶核的取向数；

(4)遍历每个元胞，判断并模拟晶粒长大，判断：a、再结晶晶核的邻居元胞为母相元胞或晶界元胞；b、当前时间步具有与该晶核取向数相同的元胞数目未达到动态再结晶晶粒尺寸所对应的元胞数目Ns；则控制该再结晶晶核实现晶粒长大；晶核的邻居元胞的状态值转变成与晶核元胞的状态一致，从而实现晶界的迁移；

(5)识别该时间步的晶界，重新判定晶界元胞，再结晶现象的发生使组织中出现两类新的晶界：不同再结晶晶粒之间形成的晶界及再结晶晶粒与母相之间产生的晶界；新晶界与再结晶晶粒之间存在能量差，故新晶界处也变成了再结晶晶核的萌生点；