一種GH4169合金熱變形動態再結晶模擬方法技術

一種GH4169合金熱變形動態再結晶模擬方法，步驟為：(1)設定初始的變形溫度、模擬時間步參數；(2)計算臨界應變，設置變量k，并賦值k＝0，逐步增加元胞自動機時間步(元胞自動機S)，(3)再結晶形核取向數；(4)遍歷每個元胞，判斷并模擬晶粒長大；(5)識別該時間步的晶界，重新判定晶界元胞；(6)當前時間步結束后，立刻更新圖像，并存儲該時間步計算得到的結果，賦值k＝k+1，然后重新跳回第三步接著執行；當元胞自動機S達到設定的總模擬時間步時，即k大于或等于元胞自動機S，模擬過程終止，此時輸出再結晶晶粒尺寸和再結晶體積分數等參數，完成GH4169合金熱變形動態再結晶模擬。本發明專利技術實用性強，應用價值高，誤差小。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于材料模擬
，特別涉及一種GH4169合金熱變形動態再結晶模擬方法。
技術介紹
GH4169合金因其優異的綜合性能，被廣泛應用在宇宙航天、石油工業及核能等領域，該合金的另一個特點是其組織對熱成形工藝特別敏感；故掌握熱加工過程中GH4169合金工藝參數與組織演變間的關系，并建立合金熱變形過程組織演變的模型，對優化合金的性能及針對不同要求制定合理的工藝規程具有非常重要的應用價值。隨著材料科學及計算機模擬技術的發展，目前涌現出大量描述材料組織演變的數學模型，其中流行的有經驗模型及元胞自動機模型。經驗模型能在一定范圍內保證模擬的精度，并能嵌入有限元軟件進行運算；元胞自動機模型在模擬復雜系統演變方面有著獨特的優越性，故近來受到了越來越多學者的重視；但對于GH4169合金組織演變模擬領域，目前經驗模型的應用較少，特別是元胞自動機再結晶模擬處于空白。同時，通過元胞自動機模擬金屬動態再結晶，大都使用位錯密度作為動態再結晶的誘發因素，且晶粒長大及形核始終與位錯密度有關；但實驗表明，如果位錯在變形金屬中是均勻分布的，則不管位錯密度多大，均不會發生再結晶；且通過計算發現，對于GH4169合金，這種由位錯密度控制的方法與實際實驗結果吻合效果差。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術提供一種GH4169合金熱變形動態再結晶模擬方法，該方法是一種基于動態再結晶唯象理論及元胞自動機原理的GH4169合金熱變形動態再結晶模擬方法。一種GH4169合金熱變形動態再結晶模擬方法，所述方法基于動態再結晶唯象理論及元胞自動機原理，包括如下步驟：(1)設定初始的變形溫度、模擬時間步參數，讀取應變速率數據，將由晶粒正常長大生成的母相組織及進行晶界識別后的晶界元胞參數傳遞給動態再結晶子程序的元胞空間，并為其重新命名；(2)計算臨界應變，設置變量k，并賦值k＝0，逐步增加元胞自動機時間步(元胞自動機S)，同時每一元胞自動機S各元胞的等效應變ε相應增加Δε，(Δε由總應變量及總時間步計算得到)，動態再結晶過程開始發生時，元胞的應變ε達到或大于當前工藝條件下的臨界應變，記錄讀取此時元胞的應變ε為臨界應變；(3)再結晶形核取向數，元胞應變ε超過臨界應變(此元胞為晶界元胞)，賦予該元胞一個0～1之間的隨機概率值P；若P大于形核概率Pnuclei則將此晶界元胞轉換為晶核元胞，作為再結晶形核，并將其元胞序列號作為該晶核的取向數；(4)遍歷每個元胞，判斷并模擬晶粒長大，判斷：a、再結晶晶核的鄰居元胞為母相元胞或晶界元胞；b、當前時間步具有與該晶核取向數相同的元胞數目未達到動態再結晶晶粒尺寸所對應的元胞數目Ns；則控制該再結晶晶核實現晶粒長大；晶核的鄰居元胞的狀態值轉變成與晶核元胞的狀態一致，從而實現晶界的遷移；(5)識別該時間步的晶界，重新判定晶界元胞，再結晶現象的發生使組織中出現兩類新的晶界：不同再結晶晶粒之間形成的晶界及再結晶晶粒與母相之間產生的晶界；新晶界與再結晶晶粒之間存在能量差，故新晶界處也變成了再結晶晶核的萌生點；(6)當前時間步結束后，立刻更新圖像，并存儲該時間步計算得到的結果，賦值k＝k+1，然后重新跳回第三步接著執行；當元胞自動機S達到設定的總模擬時間步時，即k大于或等于元胞自動機S，模擬過程終止，此時輸出再結晶晶粒尺寸和再結晶體積分數等參數，完成GH4169合金熱變形動態再結晶模擬。進一步的，模擬方法中元胞空間為二維四邊形網格陣列。所述的模擬的元胞空間共包含200行×200列個元胞，各元胞的邊長l為0.5μm，即模擬100μm×100μm的區域，將母相晶粒等效為圓形。所述母相晶粒等效圓形的面積求解算法為對GH4169合金金相圖圖片灰白處理和圖片自動描邊，將經過灰白處理后的圖片自動描邊，對圖像中的晶粒進行輪廓區分編號并計算出不同編號晶粒的面積相關參數；然后通過比較原金相圖中的標尺長度及處理后圖片對應長度所表示的數值，計算得到圖像的尺寸單位大小；最后通過等面積轉換將形狀不規則的晶粒轉換成與其面積相等的圓并求取圓的直徑。進一步的，本模擬算法中，GH4169合金動態再結晶晶粒尺寸與工藝參數之間的推算關系為： D d r x = exp ( - 8.79772 + 0.00746 T - 0.08491 ln ϵ · ) ]]>其中，Ddrx為動態再結晶晶粒尺寸；T為溫度；變形速度；本專利技術的有益效果在于：(1)本模擬方法實用性強，根據本方法提供的算法制作的模擬程序，使用臨界應變作為動態再結晶的啟動條件，并以形核概率控制每一時間步生成的晶核數；設置晶核元胞的不同位置處的鄰居長大時生長概率不同，可以更好地模擬實際晶粒長大過程。(2)通過本本方法，可掌握熱加工過程中GH4169合金工藝參數與組織演變間的關系，并建立合金熱變形過程組織演變的模型，對針針對性的工藝要求或特殊領域定制化GH4169合金研究具有非常重要的應用價值。(3)本專利技術采用基于唯象的再結晶模擬方法，提高模擬方法與實際實驗結果吻合效果，減少因使用位錯密度作為動態再結晶的誘發因素，造成GH4169合金模擬的巨大誤差。附圖說明圖1為本專利技術實施例的流程圖；圖2為本專利技術實施例的元胞空間的四邊形劃分示意圖；圖3為本專利技術實施例的元胞自動機的鄰居類型示意圖；圖4為本專利技術實施例的母相平均晶粒尺寸模擬結果示意圖；圖5為本專利技術實施例的平均晶粒尺寸的圖像測量方式示意圖；圖6為本專利技術的壓縮前試樣母相的金相圖及模擬的母相組織圖對比。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術的優選實施例進行詳細闡述，以使本專利技術的優點和特征能更易于被本領域技術人員理解，從而對本專利技術的保護范圍做出更為清楚明確的界定。本專利技術技術方案如下：一種GH4169合金熱變形動態再結晶模擬方法，基于動態再結晶唯象理論及元胞自動機原理，參見圖1，模擬方法步驟如下：(1)設定初始的變形溫度、模擬時間步參數，讀取應變速率數據，將由晶粒正常長大生成的母相組織及進行晶界識別后的晶界元胞參數傳遞給動態再結晶子程序的元胞空間，并為其重新命名。作為元胞自動機的最基本單元，每個元胞(Cell)具有一個或多個狀態變量本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種GH4169合金熱變形動態再結晶模擬方法，所述方法基于動態再結晶唯象理論及元胞自動機原理，其特征在于包括以下步驟：(1)設定初始的變形溫度、模擬時間步參數，讀取應變速率數據，將由晶粒正常長大生成的母相組織及進行晶界識別后的晶界元胞參數傳遞給動態再結晶子程序的元胞空間，并為其重新命名；(2)計算臨界應變，設置變量k，并賦值k＝0，逐步增加元胞自動機時間步，同時每一元胞自動機S各元胞的等效應變ε相應增加Δε，動態再結晶過程開始發生時，元胞的應變ε達到或大于當前工藝條件下的臨界應變，記錄讀取此時元胞的應變ε為臨界應變；(3)再結晶形核取向數，元胞應變ε超過臨界應變，賦予該元胞一個0～1之間的隨機概率值P，若P大于形核概率Pnuclei則將此晶界元胞轉換為晶核元胞，作為再結晶形核，并將其元胞序列號作為該晶核的取向數；(4)遍歷每個元胞，判斷并模擬晶粒長大，判斷：a、再結晶晶核的鄰居元胞為母相元胞或晶界元胞；b、當前時間步具有與該晶核取向數相同的元胞數目未達到動態再結晶晶粒尺寸所對應的元胞數目Ns；則控制該再結晶晶核實現晶粒長大，晶核的鄰居元胞的狀態值轉變成與晶核元胞的狀態一致，從而實現晶界的遷移；(5)識別該時間步的晶界，重新判定晶界元胞，再結晶現象的發生使組織中出現兩類新的晶界：不同再結晶晶粒之間形成的晶界及再結晶晶粒與母相之間產生的晶界；新晶界與再結晶晶粒之間存在能量差，故新晶界處也變成了再結晶晶核的萌生點；(6)當前時間步結束后，立刻更新圖像，并存儲該時間步計算得到的結果，賦值k＝k+1，然后重新跳回第三步接著執行；當元胞自動機S達到設定的總模擬時間步時，即k大于或等于元胞自動機S，模擬過程終止，此時輸出再結晶晶粒尺寸和再結晶體積分數等參數，完成GH4169合金熱變形動態再結晶模擬。...

【技術特征摘要】
1.一種GH4169合金熱變形動態再結晶模擬方法，所述方法基于動態再結晶唯象理論及元胞
自動機原理，其特征在于包括以下步驟：
(1)設定初始的變形溫度、模擬時間步參數，讀取應變速率數據，將由晶粒正常長大生
成的母相組織及進行晶界識別后的晶界元胞參數傳遞給動態再結晶子程序的元胞空間，并為
其重新命名；
(2)計算臨界應變，設置變量k，并賦值k＝0，逐步增加元胞自動機時間步，同時每一
元胞自動機S各元胞的等效應變ε相應增加Δε，動態再結晶過程開始發生時，元胞的應變ε
達到或大于當前工藝條件下的臨界應變，記錄讀取此時元胞的應變ε為臨界應變；
(3)再結晶形核取向數，元胞應變ε超過臨界應變，賦予該元胞一個0～1之間的隨機
概率值P，若P大于形核概率Pnuclei則將此晶界元胞轉換為晶核元胞，作為再結晶形核，并
將其元胞序列號作為該晶核的取向數；
(4)遍歷每個元胞，判斷并模擬晶粒長大，判斷：a、再結晶晶核的鄰居元胞為母相元
胞或晶界元胞；b、當前時間步具有與該晶核取向數相同的元胞數目未達到動態再結晶晶粒尺
寸所對應的元胞數目Ns；則控制該再結晶晶核實現晶粒長大，晶核的鄰居元胞的狀態值轉變
成與晶核元胞的狀態一致，從而實現晶界的遷移；
(5)識別該時間步的晶界，重新判定晶界元胞，再結晶現象的發生使組織中出現兩類新
的晶界：不同再結晶晶粒之間形成的晶界及再結晶晶粒與母相之間產生的晶界；新...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孔祥偉，鄭臨眾，羅平，胡智勇，蘭亮云，
申請(專利權)人：東北大學，
類型：發明
國別省市：遼寧;21