[发明专利]一种模拟GH4169合金静态再结晶行为的元胞自动机方法

说明书

本发明公开了一种模拟GH4169合金静态再结晶行为的元胞自动机方法，该方法包括以下步骤：(1)生成初始微观组织；(2)模拟静态再结晶行为。本发明是一种基于物理机制的静态再结晶模拟方法，可以准确地模拟GH4169合金静态再结晶行为，为合理制定GH4169合金热加工工艺提供技术支撑。

技术领域

本发明涉及一种模拟GH4169合金静态再结晶行为的元胞自动机方法，属于热加工工程技术领域。

背景技术

GH4169合金具有优异的高温强度、抗疲劳、抗蠕变、抗氧化和耐腐蚀性能，被广泛用于制造航空发动机的关键零部件：如涡轮盘、压气机盘、机匣等。大型复杂GH4169合金零部件通常采用锻造、轧制、挤压等多道次热变形方式成形。在这些零部件的成形过程中，合金的微观组织演变十分复杂。在热成形的道次间隔时间和变形后的保温阶段，静态回复、静态再结晶或亚动态再结晶等都会发生。这会显著地改变合金的微观组织，进而影响锻件的品质。为了获得高品质的GH4169合金零部件，亟需一种可以精确预测合金微观组织演变的方法，为热成形工艺优化提供可靠的组织预测手段。

然而，由于GH4169合金组织在静态再结晶过程中演变规律十分复杂，目前尚缺少能精确模拟GH4169合金道次间隔时间内微观组织演变的方法。针对这一难题，本发明提供了一种可以模拟GH4169合金静态再结晶行为的元胞自动机方法。本发明的创新性在于，在元胞模型中引入了影响再结晶行为的主要物理因素，极大地提高了模型的预测精度，提出的方法通过实施例进行了验证，结果表明本方法可以有效地模拟GH4169合金静态再结晶行为。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟GH4169合金静态再结晶行为的元胞自动机方法，该方法是基于物理机制建立的，可以精确地预测GH4169的静态再结晶过程中晶粒组织的形核和长大规律。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种模拟GH4169合金静态再结晶行为的元胞自动机方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：生成初始微观组织的步骤；

步骤2：模拟静态再结晶行为的步骤；

步骤1包括如下子步骤：

(1)选定模拟区域，将模拟区域离散为由元胞构成的网格，设定总的模拟步数；

(2)给元胞状态变量赋初值，元胞状态变量包括晶粒编号变量和晶粒取向变量；

(3)在选定模拟区域内随机选取N_g个元胞，并给所选取的N_g个元胞赋不同的晶粒编号变量和晶粒取向变量；

(4)对所有元胞逐一进行以下计算：假设当前元胞的状态转变为邻居元胞的状态，计算系统能量的变化，若系统能量降低，则将当前元胞的状态转变为邻居元胞的状态；

(5)重复步骤1的子步骤(4)，直至完成总的模拟步数；

步骤2包括如下子步骤：

(1)确定时间步长Δt和总模拟时间t_total，为元胞状态变量赋初值；元胞状态变量包括位错密度变量、再结晶次数变量、晶界迁移距离变量、晶粒编号变量以及晶粒取向变量；位错密度变量初值为ρ₁，再结晶次数变量初值为0，晶界迁移距离变量初值为0，晶粒编号变量和晶粒取向变量以步骤1的计算结果为初值；

(2)模拟静态再结晶形核的子步骤；

(3)模拟静态再结晶晶粒长大的子步骤；

(4)判断是否达到总模拟时间，若未达到，则再次执行子步骤(2)和子步骤(3)，若已经达到总模拟时间，停止模拟；

步骤2的子步骤(2)包括如下步骤：