[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

摘要

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。

主权项

1.一种模拟GH4169合金静态再结晶行为的元胞自动机方法，其特征在于：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；所述步骤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，所述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Ng个元胞，并给所选取的Ng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)重复所述步骤1的子步骤(4)，直至完成所述总的模拟步数；所述步骤2包括如下子步骤：(1)确定时间步长Δt和总模拟时间ttotal，为元胞状态变量赋初值；所述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；所述位错密度变量初值为ρ1，所述再结晶次数变量初值为0，所述晶界迁移距离变量初值为0，所述晶粒编号变量和所述晶粒取向变量以所述步骤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)判断是否达到所述总模拟时间，若未达到，则再次执行所述子步骤(2)和所述子步骤(3)，若已经达到所述总模拟时间，则停止模拟；所述步骤2的所述子步骤(2)包括如下步骤：a.统计原始晶界上的元胞个数Npg；b.计算静态再结晶形核率计算公式为：其中，C1、C2和Qn为材料参数，G为变形储能，G0为静态再结晶形核所需的临界储能，R为理想气体常数，T为变形温度；所述材料参数C1的取值范围为900‑1500，所述材料参数C2的取值范围为0‑100，所述材料参数Qn的取值范围为105‑106；c.计算静态再结晶形核的元胞个数N_n，且式中A_c为单个元胞面积；d.给所有位于原始晶界上的元胞赋一个形核概率Pn，且Pn＝Nn/Npg，将所述形核概率Pn与计算机生成的随机数进行比较，若所述形核概率Pn小于所述计算机生成的随机数，则当前元胞被选定为静态再结晶晶核，并将所述当前元胞的位错密度变量重置为ρ0、再结晶次数变量加1和晶界迁移距离变量置零；e.重复所述步骤2中的子步骤(2)的步骤d，直至选出Nn个静态再结晶晶核；所述步骤2中的子步骤(3)包括如下步骤：a.计算晶界迁移驱动力P，P＝τ(ρ1‑ρ0)，式中的τ为位错线能量；b.计算晶界迁移速率V，V＝MP，式中的M为晶界迁移率，计算公式为其中，δD0b和Qb为材料参数，δD0b的取值范围为10‑11‑10‑10，Qb的取值范围为105‑106，b为伯氏矢量，k为玻尔兹曼常数；c.计算所述晶界迁移距离变量L，L＝VΔt；d.若晶界迁移距离变量L大于相邻两个元胞之间的距离，则将当前元胞的状态转变为再结晶次数变量大于1的邻居元胞的状态。