MSEA:耦合晶体塑性与元胞自动机模型研究高应变速率下热轧过程中的亚动态再结晶

文摘   2024-10-25 21:00   四川  
预测热机械加工过程中的微观结构和织构演变需要对塑性变形和再结晶进行综合模拟。来自德国Max–Planck-Institut für EisenforschungV. Shah等人介绍了大应变晶体塑性框架 (DAMASK) 与元胞自动机模型 (CASIPT) 的双向耦合。借助最近开发的网格化重划分方案,实现了晶体塑性模型的变形网格与元胞自动机的规则网格之间的映射。开发的框架用于研究高分辨率代表性体积元素中双击压缩试验和多机架轧制过程中的亚动态再结晶。模拟结果在织构演变、机械行为和生长动力学方面与实验结果高度一致,同时可以深入了解成核对动力学和晶体织构演变的影响。

1 用于 (a) 双击压缩和 (b) 工业多机架热轧的初始微观结构的z方向(001)的反极图(IPF)。

应变速率增加或变形温度降低,由于动态回复较少,流动应力会增加。相应地,如图 2b 3b 所示,由于动态回复较少导致位错密度较高,再结晶速度加快。

2 (a) 不同应变速率ὲ =51015 20 s−1 时流动应力𝜎33与应变 ε33 的关系;(b) 再结晶体积分数𝑋与退火时间 t 的关系。

3 (a) 退火时间𝑡 = 20 s 和不同变形温度𝑇d =122312731323 1373 K 时流动应力𝜎33与应变 ε33 的关系;(b) 相应变形温度𝑇d时再结晶体积分数𝑋与退火时间𝑡的关系。

3显示了多机架热轧过程中织构的发展。如图 3(a)所示,初始微观结构的织构几乎是随机的。图 3(b)显示了第一机架后变形微观结构的 ODF

3 ODF 在不同阶段显示多机架热轧过程中的织构演变。𝜑2 = 45° 截面用于显示ODF。(a)初始微观结构;(b)厚度减少𝑅 = 30 % 后形成强黄铜成分和铜/Dillamore 成分;(c)第一道次间退火期间检测到的 MDRX 核继承了变形取向的取向;(d)取向继承导致第一道次间退火后退火织构的织构强化;(e)随着厚度减少到𝑅 = 44 % 而进一步变形,织构强化;(f)第二道次间退火期间检测到具有更强黄铜成分的 MDRX 核;(g)第二道次间退火期间的织构强化;(h)在 1173 K 下在平面应变压缩下变形的应变为 0.2 时的变形微观结构的 ODF;(i1173 K 平面应变压缩变形时应变为 0.2 DRX 晶粒的 ODF;(j)完全再结晶微观组织的 ODF

4 通过 IPF z 方向 (001) 显示的多机架热轧过程中的微观结构演变。 (a) 厚度减少至𝑅 = 30 % 时的微观结构;(b) 第一次道次间退火后的微观结构;(c) 显示整个微观结构中再结晶体积生成的图;(d) 厚度减少至𝑅 = 44 % 时的微观结构;(e) 第二次道次间退火后的微观结构;(f) 第二次道次间退火后的生成图;(g) 厚度减少至𝑅 = 60 % 后的微观结构;(h) 第三次道次间退火后的微观结构和 (i) 第三次道次间退火后的生成图。

相关研究成果以“Coupling crystal plasticity and cellular automaton models to study meta-dynamic recrystallization during hot rolling at high strain rates”为题发表在Materials Science & Engineering A(Volume 849, 1 August 2022, 143471),论文第一作者和通讯作者都是V. Shah

论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.143471


多尺度力学
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