[发明专利]一种Ti-6Al-4V钛合金热变形过程微观组织演化规律的预测方法

说明书

本发明公开了一种Ti‑6Al‑4V钛合金热变形过程中的微观组织演变的预测方法，该方法基于元胞自动机理论，利用Matlab软件编译了一个可预测热变形过程中的微观组织演变的程序。通过该程序输入热变形过程中的参数，可预测热变形后合金的微观组织，包括动态再结晶体积分数、晶粒尺寸、晶粒形貌等，可分析不同变形参数对动态再结晶的影响。为实现该材料在热加工过程中通过控制变形条件得到预定的力学性能提供理论依据和技术支持。

技术领域

本发明涉及计算机模拟仿真技术领域，尤其涉及一种Ti-6Al-4V钛合金热变形过程微观组织演化规律预测的方法。

背景技术

在金属加工变形过程中，不仅要保证加工件形状和尺寸精度的要求，更要确保产品综合性能达标。材料变形后的显微组织结构对加工件的性能影响巨大，对成形过程中显微组织的演变规律进行模拟，可以起到预测和控制显微组织结构的作用，保证产品质量的同时提高生产效率和节约成本。因此，对材料热变形过程中的显微组织进行模拟、预测以及控制对产品的实际生产具有重大的意义。

目前，微观组织主要通过宏观尺度、介观尺度和微观尺度三个空间尺度上进行模拟。在宏观尺度上，采用有限元法模拟材料的塑性应变行为、温度场和应变场等，主要的商业应用软件有国外的DEFORM、FORGE和MARC等。在介观尺度上，主要有蒙特卡罗法、元胞自动机法和相场法。在微观尺度上，原子和电子的运动状态决定了材料的性能，采用分子动力学和量子力学等方法模拟离子体系和电子体系的行为。其中，元胞自动机法以其丰富的转变规则和可以描述多尺度问题的优点被广泛应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种Ti-6Al-4V钛合金热变形过程微观组织演化规律的预测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种Ti-6Al-4V钛合金热变形过程微观组织演化规律的预测方法，包括以下步骤：

按照上述方案，所述步骤1中的初始化参数为CA模型基本参数；

元胞：采用边长为0.2μm的正方形元胞；

元胞空间：模拟区域采用500×500的四边形网格，对应金相组织区为100μm×100μm；

元胞状态：每个元胞有晶界变量、晶粒取向和晶粒编号三个状态变量；

邻居类型：设置摩尔邻居类型；

边界条件：设置周期性边界条件。

按照上述方案，所述步骤2中设置元胞转变规则。

转变规则1：在每一个模拟循环步中，晶界处的元胞按照概率P₁判断是否具有足够的能量：

式中，C为常数，T为变形温度，T_Ac1为材料奥氏体化温度，T_m为材料的熔点，Q_b为材料迁移激活能，R为气体常数。

转变规则2：对于满足规则1的元胞，元胞取向是否发生改变取决于概率P₂：

式中：V为晶界迁移速度，Δt为模拟的单位步长，L_CA为元胞的边长；

V=MF

式中：M为晶界迁移率，F为迁移驱动力；

式中：δ为材料晶界厚度，D_ob为绝对零度条件下的晶界自扩散系数，b为伯格斯矢量，T为变形温度，K为玻尔兹曼常数；

式中：r为将当前晶粒看成是圆形的等效半径，为单位面积的晶界能，可以用下式计算：