用元胞自动机模型对05Cr17Ni4Cu4Nb固溶时效过程数值模拟的研究
发布时间：2021-03-08 15:23
金属材料热处理的过程性因素非常复杂,往往只能通过热处理后的结果,来假设过程中问题的存在,然后逐一改进。这种方法增加了生产成本,延沓了生产周期,并可能造成材料潜在的不可逆损伤,比如对此淬火后造成的淬火变形及裂纹。从上世纪末以来,随着计算机计算与运行能力的提高,各种热处理和热加工通过计算机模拟实现了对过程的仿真,极大的推进了对热处理过程的研究。其中,在介观尺度上应用最广泛的模拟方法是元胞自动机方法,他通过简单和灵活的形式,表征了复杂的系统。05Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢是新采用的锥销材料,具有更高的强度,能够承载末级叶片更高的转速。本论文通过CA方法模拟了该材料的固溶-时效过程,主要内容如下:（1）用有限差分模型,分析了当前设备的温度场分布;（2）基于晶粒随温度长大的原理,建立了高温固溶形态下的二维晶粒长大元胞自动机模型,模型考虑了固溶温度和保温时间这两个主要影响因素,确定了材料的最优固溶温度范围;（3）通过对Fe-Cu相图的分析,结合主要析出溶质的类型,建立了沉淀相析出的二维元胞自动机模型,模型同样考虑了时效温度和时间两个主要参数,分析了中间调整处理对材料的影响;（4）对模拟得到的工...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１汽轮机末级叶片安装结构图??
得更为模糊，继续提高到９５０?°Ｃ以上处理，就无法见到清晰的马氏体板条，组织??形态为马氏体块，与去除中间处理之间进行４８０?°Ｃｘ２?ｈ＋空冷时效的组织形态相??同。此外，根据Ｆｅ－Ｃｕ相图，见图１．２，?Ｃｕ在１０４０?°Ｃ的溶解度是７ｗｔ％，而Ｃｕ??在丫－Ｆｅ中的溶解度随温度的降低逐渐下降，８５０°Ｃ时下降到为２ｗｔ％？３ｗｔ％，由??此可见，中间调整处理的温度若在相对较低的温度下进行，将会析出大量粗大的??ｓ－Ｃｕ相，导致强度下降；反之，若提高中间调整处理的温度，就会减少粗大ｓ－Ｃｕ??相及碳化物的析出就，从而可在时效过程中大量析出强化的弥散分布的细小ｓ－Ｃｕ??相，提高材料的强度。由此可见，中间调整温度对最终的力学性能有着直接的影??响，以上试验表明，随中间调整温度的升高，强度逐渐升高，塑性、韧性逐渐下??降；在相同时效温度处理下，与不经中间处理相比，中间调整处理后的强度显著??降低
已有学者尝试研究材料在热处理后的组织变化，及相应的应力和应变??行为模型，并于８０年代前后建立了温度与相变耦合以及温度和相变以及应力三??者耦合的数学模型，如图１．３所示［２６］。??溢度场??相?变?Ｍ…一’应力场??图１．３温度场－相变－应力场三者耦合示意图??Ｆｉｇ．?１．３?Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ－ｓｔｒｅｓｓ?ｃｏｕｐｌｉｎｇ?ｄｉａｇｒａｍ??随着计算机计算能力的提高，以及物理、数学等其他学科学者的加入，极大??推动了热处理数学模型和计算机模拟的研究，在众多学者的一起努力下，求解非??线性瞬态温度场的数值方法已相当成熟，非等温的连续冷却或加热的相变计算、??温度场一相变耦合模型等研究成果为相变过程的计算机模拟创造了条件ｐ＇在热??应力与组织应力的计算方面，近年来采用有限元和热弹塑性模型，在应变量计算??中耦合考虑弹性应变、塑性应变、热应变、相变应变和相变超塑性，在塑性区处??理中考虑了屈服模型和应变强化［２８，２９］。??但是在这些模型的实际应用中，需要具体的材料常数与参数，包括可靠的材??料性能和边界条件数据
【参考文献】：
期刊论文
[1]时效温度对0Cr17Ni4Cu4Nb钢组织及力学性能的影响[J]. 胡春燕,刘新灵,陶春虎. 材料工程. 2014(11)
[2]固溶冷却速度对17-4PH不锈钢组织和性能的影响[J]. 曲德毅,侯远滨. 热处理技术与装备. 2013(04)
[3]热处理工艺对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢组织和力学性能的影响[J]. 王剑星,杨钢,张忠模,张玉碧,黄河. 金属热处理. 2012(11)
[4]17-4PH不锈钢热处理工艺[J]. 张敏,褚巧玲. 金属热处理. 2012(09)
[5]考虑固溶及时效处理的镁合金铸件微观组织模拟及力学性能预测[J]. 韩国民,韩志强,霍亮,段军鹏,朱训明,柳百成. 金属学报. 2012(03)
[6]热处理数值模拟进展之一——扩展求解域热处理数值模拟[J]. 潘健生,王婧,顾剑锋. 金属热处理. 2012(01)
[7]调整处理对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢组织与力学性能的影响[J]. 李茹,杨钢,王剑星,杨沐鑫. 特钢技术. 2011(04)
[8]热处理工艺对17-4PH钢低温冲击性能的影响[J]. 赵义,王福. 金属热处理. 2011(04)
[9]基于两套网格的CA方法模拟铸造镁合金凝固过程枝晶形貌演化[J]. 霍亮,韩志强,柳百成. 金属学报. 2009(12)
[10]单一晶粒长大过程的元胞自动机模拟[J]. 关小军,焦宪友,周家娟,张继祥,刘运腾,申孝民,麻晓飞. 中国有色金属学报. 2007(05)
博士论文
[1]超超临界汽轮机高中压转子X12CrMoWVNbN10-1-1钢热处理过程中微观组织演变与力学性能的研究[D]. 陶新刚.上海交通大学 2015
硕士论文
[1]Ni含量对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢组织与性能的影响[D]. 王剑星.重庆大学 2010
[2]17-4PH不锈钢性能和组织研究[D]. 杨晓.哈尔滨工程大学 2007
[3]金属材料动态再结晶过程的元胞自动机法数值模拟[D]. 何燕.大连理工大学 2005
本文编号：3071265
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１汽轮机末级叶片安装结构图??
得更为模糊，继续提高到９５０?°Ｃ以上处理，就无法见到清晰的马氏体板条，组织??形态为马氏体块，与去除中间处理之间进行４８０?°Ｃｘ２?ｈ＋空冷时效的组织形态相??同。此外，根据Ｆｅ－Ｃｕ相图，见图１．２，?Ｃｕ在１０４０?°Ｃ的溶解度是７ｗｔ％，而Ｃｕ??在丫－Ｆｅ中的溶解度随温度的降低逐渐下降，８５０°Ｃ时下降到为２ｗｔ％？３ｗｔ％，由??此可见，中间调整处理的温度若在相对较低的温度下进行，将会析出大量粗大的??ｓ－Ｃｕ相，导致强度下降；反之，若提高中间调整处理的温度，就会减少粗大ｓ－Ｃｕ??相及碳化物的析出就，从而可在时效过程中大量析出强化的弥散分布的细小ｓ－Ｃｕ??相，提高材料的强度。由此可见，中间调整温度对最终的力学性能有着直接的影??响，以上试验表明，随中间调整温度的升高，强度逐渐升高，塑性、韧性逐渐下??降；在相同时效温度处理下，与不经中间处理相比，中间调整处理后的强度显著??降低
已有学者尝试研究材料在热处理后的组织变化，及相应的应力和应变??行为模型，并于８０年代前后建立了温度与相变耦合以及温度和相变以及应力三??者耦合的数学模型，如图１．３所示［２６］。??溢度场??相?变?Ｍ…一’应力场??图１．３温度场－相变－应力场三者耦合示意图??Ｆｉｇ．?１．３?Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ－ｓｔｒｅｓｓ?ｃｏｕｐｌｉｎｇ?ｄｉａｇｒａｍ??随着计算机计算能力的提高，以及物理、数学等其他学科学者的加入，极大??推动了热处理数学模型和计算机模拟的研究，在众多学者的一起努力下，求解非??线性瞬态温度场的数值方法已相当成熟，非等温的连续冷却或加热的相变计算、??温度场一相变耦合模型等研究成果为相变过程的计算机模拟创造了条件ｐ＇在热??应力与组织应力的计算方面，近年来采用有限元和热弹塑性模型，在应变量计算??中耦合考虑弹性应变、塑性应变、热应变、相变应变和相变超塑性，在塑性区处??理中考虑了屈服模型和应变强化［２８，２９］。??但是在这些模型的实际应用中，需要具体的材料常数与参数，包括可靠的材??料性能和边界条件数据
【参考文献】：
期刊论文
[1]时效温度对0Cr17Ni4Cu4Nb钢组织及力学性能的影响[J]. 胡春燕,刘新灵,陶春虎. 材料工程. 2014(11)
[2]固溶冷却速度对17-4PH不锈钢组织和性能的影响[J]. 曲德毅,侯远滨. 热处理技术与装备. 2013(04)
[3]热处理工艺对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢组织和力学性能的影响[J]. 王剑星,杨钢,张忠模,张玉碧,黄河. 金属热处理. 2012(11)
[4]17-4PH不锈钢热处理工艺[J]. 张敏,褚巧玲. 金属热处理. 2012(09)
[5]考虑固溶及时效处理的镁合金铸件微观组织模拟及力学性能预测[J]. 韩国民,韩志强,霍亮,段军鹏,朱训明,柳百成. 金属学报. 2012(03)
[6]热处理数值模拟进展之一——扩展求解域热处理数值模拟[J]. 潘健生,王婧,顾剑锋. 金属热处理. 2012(01)
[7]调整处理对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢组织与力学性能的影响[J]. 李茹,杨钢,王剑星,杨沐鑫. 特钢技术. 2011(04)
[8]热处理工艺对17-4PH钢低温冲击性能的影响[J]. 赵义,王福. 金属热处理. 2011(04)
[9]基于两套网格的CA方法模拟铸造镁合金凝固过程枝晶形貌演化[J]. 霍亮,韩志强,柳百成. 金属学报. 2009(12)
[10]单一晶粒长大过程的元胞自动机模拟[J]. 关小军,焦宪友,周家娟,张继祥,刘运腾,申孝民,麻晓飞. 中国有色金属学报. 2007(05)
博士论文
[1]超超临界汽轮机高中压转子X12CrMoWVNbN10-1-1钢热处理过程中微观组织演变与力学性能的研究[D]. 陶新刚.上海交通大学 2015
硕士论文
[1]Ni含量对0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢组织与性能的影响[D]. 王剑星.重庆大学 2010
[2]17-4PH不锈钢性能和组织研究[D]. 杨晓.哈尔滨工程大学 2007
[3]金属材料动态再结晶过程的元胞自动机法数值模拟[D]. 何燕.大连理工大学 2005
本文编号：3071265
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