铝板搅拌摩擦焊接动态再结晶过程的数值模拟与分析
发布时间：2021-04-08 15:56
搅拌摩擦焊接过程中的动态再结晶行为对调控焊缝微观组织和提高焊接接头服役性能有着重要意义。由于搅拌摩擦焊接过程中塑性变形的复杂性和金属铝本身性质特点,使得铝及铝合金在焊接过程中的动态再结晶行为较为复杂。目前由于实验手段的限制,尚无法对搅拌摩擦焊接过程中动态再结晶行为和微观组织的变化进行直接观察研究。而使用计算机模拟技术研究焊接过程中的动态再结晶行为,有着独特的优势。为了实现对搅拌摩擦焊接过程中动态再结晶过程的模拟,使用Bailey-Hirsch动态再结晶形核理论,建立了一种适用于Monte Carlo方法的动态再结晶形核模型。为了实现模拟体系中各个晶粒变形储存能的不均匀分布,使模型更接近实际情况,利用储存能-流变应力-晶粒尺寸之间的关系,实现了模拟体系内晶粒间变形储存能的不均匀分布。将Monte Carlo模拟步长与真实时间之间进行了标定,使模型可以应用于实际焊接过程的动态再结晶模拟。使用有限元方法对1060铝板搅拌摩擦焊接过程进行了模拟,获得了动态再结晶模型所需要的焊接过程中温度、应变和应变率数据,并根据实测结果和文献数据,对有限元模拟结果进行了验证。从模拟结果中发现,焊接热输入较高时...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１搅拌摩擦焊示意图⑴??
形成亚结构。对于一般的塑性变形过程而??言，回复或动态回复是铝合金主要的软化机制｜２］。但搅拌摩擦焊接具有高塑性变??形温度、大应变、大应变率的成形过程特点，使铝合金在搅拌摩擦焊接过程中会??出现动态再结晶现象［３］。由于搅拌摩擦焊接过程中其应变、热循环的复杂性，所??以焊接过程中的动态再结晶行为也较为复杂，这也使得焊接接头的微观组织分布??也较为复杂。??ＵＡＺ?了‘?Ｈ．ＶＺ??＇一?蟑?，３！??Ｗｔｌｄｎａｇ＊？ｌ??ｆｒｅｆｉｎｅｄ?ｕｍｌｎ?／ｔｍｅ?ｔ??图１．２搅拌摩擦焊接接头微观组织及分布［１］??对于搅拌摩擦焊接接头，根据微观组织的差异由中心至母材依次分为焊核区??（Ｗｅｌｄ?Ｎｕｇｇｅｔ?Ｚｏｎｅ，?ＷＮＺ）、热－力影响区（Ｔｈｅｒｍｏ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ?Ａｆｆｅｃｔｅｄ?Ｚｏｎｅ，??ＴＭＡＺ）、热影响区（Ｈｅａｔ?Ａｆｆｅｃｔｅｄ?Ｚｏｎｅ，?ＨＡＺ）、母材（Ｂａｓｅ?Ｍｅａｔａｌ，ＢＭ），如图?１．２??所示。焊核区的材料由于经历了剧烈的塑性变形，动态再结晶过程剧烈，该区域??晶粒细小且呈等轴形态。热－力影响区中的材料所经历的塑性变形远不如焊核区??剧烈，在较小的塑性变形和较高温度的影响下，该区域内动态回复与动态再结晶??过程同时存在，晶粒多呈扁条状，且织构明显。热影响区内材料仅仅受到焊接过??程中的热循环影响，晶粒有所长大。??由此可见，搅拌摩擦焊接中的动态再结晶过程对最终焊缝的微观组织有着决??定性的影响。但是，在焊接过程中难以通过实验手段对动态再结晶过程进行实时??观察，目前己有的研究多是基于焊接后所获得的微观组织的观察结果来推断焊接??过程中的动态再结晶过程。由于
第１章前言??〇￣￣〇??ｖ；＞（：：）?ｒ＼－??／Ｔ７?＾?ｆｒｙ??繼??图１．４ＡＺ３１镁合金连续动态再结晶微观组织特征［１７１?（图中Ａ，Ｄ为连续动态再结晶形成的大??角度晶界；Ｂ，Ｃ为连续动态再结晶形成的亚晶界）??晶格转动机制多发生于晶界处，如图１．３所示，随着塑性变形的不断进行，??晶粒内由于位错的交滑移与攀移形成大量亚晶。由于不同晶粒之间变形储存能的??差异，原本平直的晶界会产生锯齿状突起。随着应变不断增加，晶界处突起部分??在位错滑移的协助下将会随之发生转动；随着应变的增加，凸起部分与晶粒之间??的取向差不断増加，凸起部分最终成为拥有大角度晶界的动态再结晶晶粒。该机??制下形成的动态再结晶晶粒在微观形貌上与不连续动态再结晶相似，该机制形成??的动态再结晶晶粒在原晶粒晶界处多呈“项链”状分布（如图１．４所示）。??１．２．２几何动态再结晶机制??２０世纪８０年代，ＭｃＱｕｅｅｎ［１８－２°］等人首先提出几何动态再结晶概念。在很长??一段时间内，几何动态再结晶被认为是连续动态再结晶的机制之一。但是，随着??研宄的深入，人们发现几何动态再结晶与连续动态再结晶存在一定差别。首先，??几何动态再结晶与连续动态再结晶相比更易发生，其所需的塑性变形条件相对连??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]纯铜动态再结晶的Monte Carlo法模拟[J]. 佟铭明,莫春利,李殿中,李依依. 金属学报. 2002(07)
博士论文
[1]基于Monte Carlo方法的材料退火过程模拟模型及计算机仿真关键技术研究[D]. 张继祥.山东大学 2006
硕士论文
[1]基于Monte Carlo方法的金属动态再结晶组织模拟[D]. 韩振强.山东大学 2007
[2]焊接热影响区晶粒生长的蒙特卡罗（MC）法三维模拟[D]. 肖继林.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3125842
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：122 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１搅拌摩擦焊示意图⑴??
形成亚结构。对于一般的塑性变形过程而??言，回复或动态回复是铝合金主要的软化机制｜２］。但搅拌摩擦焊接具有高塑性变??形温度、大应变、大应变率的成形过程特点，使铝合金在搅拌摩擦焊接过程中会??出现动态再结晶现象［３］。由于搅拌摩擦焊接过程中其应变、热循环的复杂性，所??以焊接过程中的动态再结晶行为也较为复杂，这也使得焊接接头的微观组织分布??也较为复杂。??ＵＡＺ?了‘?Ｈ．ＶＺ??＇一?蟑?，３！??Ｗｔｌｄｎａｇ＊？ｌ??ｆｒｅｆｉｎｅｄ?ｕｍｌｎ?／ｔｍｅ?ｔ??图１．２搅拌摩擦焊接接头微观组织及分布［１］??对于搅拌摩擦焊接接头，根据微观组织的差异由中心至母材依次分为焊核区??（Ｗｅｌｄ?Ｎｕｇｇｅｔ?Ｚｏｎｅ，?ＷＮＺ）、热－力影响区（Ｔｈｅｒｍｏ－ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ?Ａｆｆｅｃｔｅｄ?Ｚｏｎｅ，??ＴＭＡＺ）、热影响区（Ｈｅａｔ?Ａｆｆｅｃｔｅｄ?Ｚｏｎｅ，?ＨＡＺ）、母材（Ｂａｓｅ?Ｍｅａｔａｌ，ＢＭ），如图?１．２??所示。焊核区的材料由于经历了剧烈的塑性变形，动态再结晶过程剧烈，该区域??晶粒细小且呈等轴形态。热－力影响区中的材料所经历的塑性变形远不如焊核区??剧烈，在较小的塑性变形和较高温度的影响下，该区域内动态回复与动态再结晶??过程同时存在，晶粒多呈扁条状，且织构明显。热影响区内材料仅仅受到焊接过??程中的热循环影响，晶粒有所长大。??由此可见，搅拌摩擦焊接中的动态再结晶过程对最终焊缝的微观组织有着决??定性的影响。但是，在焊接过程中难以通过实验手段对动态再结晶过程进行实时??观察，目前己有的研究多是基于焊接后所获得的微观组织的观察结果来推断焊接??过程中的动态再结晶过程。由于
第１章前言??〇￣￣〇??ｖ；＞（：：）?ｒ＼－??／Ｔ７?＾?ｆｒｙ??繼??图１．４ＡＺ３１镁合金连续动态再结晶微观组织特征［１７１?（图中Ａ，Ｄ为连续动态再结晶形成的大??角度晶界；Ｂ，Ｃ为连续动态再结晶形成的亚晶界）??晶格转动机制多发生于晶界处，如图１．３所示，随着塑性变形的不断进行，??晶粒内由于位错的交滑移与攀移形成大量亚晶。由于不同晶粒之间变形储存能的??差异，原本平直的晶界会产生锯齿状突起。随着应变不断增加，晶界处突起部分??在位错滑移的协助下将会随之发生转动；随着应变的增加，凸起部分与晶粒之间??的取向差不断増加，凸起部分最终成为拥有大角度晶界的动态再结晶晶粒。该机??制下形成的动态再结晶晶粒在微观形貌上与不连续动态再结晶相似，该机制形成??的动态再结晶晶粒在原晶粒晶界处多呈“项链”状分布（如图１．４所示）。??１．２．２几何动态再结晶机制??２０世纪８０年代，ＭｃＱｕｅｅｎ［１８－２°］等人首先提出几何动态再结晶概念。在很长??一段时间内，几何动态再结晶被认为是连续动态再结晶的机制之一。但是，随着??研宄的深入，人们发现几何动态再结晶与连续动态再结晶存在一定差别。首先，??几何动态再结晶与连续动态再结晶相比更易发生，其所需的塑性变形条件相对连??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]纯铜动态再结晶的Monte Carlo法模拟[J]. 佟铭明,莫春利,李殿中,李依依. 金属学报. 2002(07)
博士论文
[1]基于Monte Carlo方法的材料退火过程模拟模型及计算机仿真关键技术研究[D]. 张继祥.山东大学 2006
硕士论文
[1]基于Monte Carlo方法的金属动态再结晶组织模拟[D]. 韩振强.山东大学 2007
[2]焊接热影响区晶粒生长的蒙特卡罗（MC）法三维模拟[D]. 肖继林.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3125842
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