金属材料动态再结晶过程的元胞自动机法数值模拟

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金属材料动态再结晶过程的元胞自动机法数值模拟

摘要

元胞自动机（ＣＡ，Ｃｅｌｌｕｌｍ，Ａｕｔｏｍａｔａ）方法在非线性问题和复杂动态系统的模拟上日趋成熟，已经成功应用于很多科学领域中。在材料学领域中，ＣＡ法在显微组织形态及其演变规律的模拟上体现出了特有的优越性．。

论文采用元胞自动机方法，结合金属学基本原理，建立了二维、三维动态再结晶模型。模型将介观的位错演化过程与宏观的热加工参数相耦合，综合考虑了动态回复、形核速率、应变速率、位错密度等的影响，模拟了动态再结晶的形核、长大等一系列过程。利用该模型可以计算出位错密度的演化和动态再结晶转变的份数，动态地显示出热变形过程中再结晶晶粒的形态、分布和大小。模拟得到的结果很好的描述了动态再结晶动力学规律。主要结论如下：

１．本模型成功的模拟了等轴晶的长：大过程，得到的原始组织形貌与典型的退火结

构相类似，得到的动态再结晶组织形貌符合典型动态再结晶微观组织结构的特点。

２．应变和应变速率对动态再结晶的组织有着显著的影响，当应变充分时，应变速

率越大，越容易得到均匀细小的再结晶组织；但当应变量较小时，应变速率越大，动态再结晶越不充分，甚至无法发生动态再结晶。

３．动态再结晶平均晶粒尺寸羁与初始晶粒尺寸无关，，论文从理论上推导证明了

心仅由Ｚｅｎｃｒ－Ｈｏｌｌｏｍｏｎ参数唯一确定。在丁一定的情况下，ｊ越大，足，越小。

４．本文在二维模型的基础上成功的建立了三维模型，同样可以很好的描述Ａｖｒａｍｉ

方程，并且三维模型的动态再结晶转变速度要比二维模型快得多。

５．论文采用三维模型对不同的形核方式进行了讨论。结果表明采用应变速率确定

形核速率的晶界形核方式和粒子激发形核方式都是适合于模拟动态再结晶过程的模拟方法。并且粒子激发形核模型得到的稳态再结晶晶粒更细小。

关键词：元胞自动机（ｃＡ）方法动态再结晶微观组织演化动力学

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