[发明专利]一种获得金属材料再结晶组织演化晶界可动性参数的方法

摘要

本发明是一种获得金属材料再结晶组织演化晶界可动性参数的方法，其步骤是：1)对金属材料试样实施静态再结晶或动态再结晶的物理热模拟实验；2)利用微观组织表征实验获得试样的静态再结晶或动态再结晶的平均晶粒尺寸；3)基于组织演化数值模拟方法建立再结晶动力学模型，模型包含形核和长大两个子模型；4)形核率子模型通过形核率描述，不包含形核激活能等难以通过实验获得的参数以及无物理意义的参数；5)再结晶长大子模型的晶界移动速率可以表示为驱动力和晶界可动性参数之积，在整个模型中，晶界可动性参数是其唯一的可拟合参数；6)采用反求优化算法调整晶界可动性参数，对比数值模拟结果与实验结果，当两者偏差小于阀值(0.01‑0.1)时可确认参数。

主权项

1.一种获得金属材料再结晶组织演化晶界可动性参数的方法，其特征在于：该方法的步骤如下：步骤一：对金属材料试样实施静态再结晶或动态再结晶的物理热模拟实验首先测量变形前试样的初始平均晶粒尺寸，然后采用Gleeble热力模拟机进行平面压缩实验，对于静态再结晶，主要设置变形量、退火温度和退火时间，变形量在20％‑90％之间，退火温度不超过材料熔点温度的80％，退火时间在1‑10分钟之间，对于动态再结晶，主要设置变形速率、变形温度和变形量，变形速率不超过10/s，变形温度不超过材料熔点温度的80％，观察Gleeble热力模拟机所记录的应力‑应变曲线，当应力‑应变曲线达到再结晶稳态应力值时，终止变形；步骤二：利用微观组织表征实验获得试样的静态再结晶或动态再结晶的平均晶粒尺寸采用金相显微镜或EBSD扫描电镜对试样的晶粒尺寸进行统计，采用金相显微镜时，采用弦截法进行平均晶粒尺寸测量，采用EBSD电子背散射扫描电镜时，对单个晶粒尺寸进行测量，然后再进行统计平均；所述试样的再结晶分数应达到100％以避免非再结晶基体晶粒的干扰；步骤三、基于组织演化数值模拟方法建立再结晶动力学模型所述模型包含形核和长大两个子模型，形核子模型采用形核率N_nuc来描述，形核率N_nuc根据如下公式计算：公式1中：N_sub为位于晶界处的亚晶数量，F_sub,c为所有大于临界形核尺寸的亚晶比例，R为基体晶粒半径，r为平均亚晶半径，根据应力‑应变曲线获得，r_c为临界形核尺寸，根据晶界能γ与形变储能G_s获得；公式2中：γ为晶界能，G_s为形变储能，可通过位错密度以及流变应力值获得，b为柏氏矢量，K_sub和n表示材料硬化能力，可通过应力‑应变曲线的第二阶段斜率获得，μ为材料剪切模量，σ为材料流变应力值；公式1、2中所有下标i代表当前空间位置所在的基体晶粒编号；步骤四、长大子模型的界面迁移速率v通过以下公式计算：公式3中：μ_gb为晶界可动性参数，σ_gb为晶界能，ΔG_s为晶界两侧的形变储能之差，R为当前时刻的再结晶晶粒半径；长大子模型设置周期性边界条件，通过界面迁移速率v的计算，获得晶界在不同时间的空间位置，通过长大子模型分析，获得单个再结晶晶粒的尺寸，然后通过统计平均值来获得平均再结晶尺寸；步骤五、设置再结晶动力学模型中的的工艺参数与步骤一中的一致，该工艺参数包括变形量、变形温度、变形速率、退火时间，将步骤四获得的平均再结晶尺寸与步骤二获得的静态再结晶或动态再结晶的平均晶粒尺寸进行比较，计算两者的绝对差值，再计算该绝对差值与步骤二获得的静态再结晶或动态再结晶的平均晶粒尺寸的比值，然后进行以下操作：该比值如果大于阀值，且步骤四获得的平均再结晶尺寸大于步骤二获得的静态再结晶或动态再结晶的平均晶粒尺寸，则在再结晶动力学模型中减小晶界可动性参数μ_gb的数值并重复步骤三、四进行重新计算，直至该比值小于阀值后停止计算，此时计算所采取的晶界可动性参数μ_gb被接收为最终的实际值；该比值如果大于阀值，且步骤四获得的平均再结晶尺寸小于步骤二获得的静态再结晶或动态再结晶的平均晶粒尺寸，则在再结晶动力学模型中增加晶界可动性参数μ_gb的数值并重复步骤三、四进行重新计算，直至该比值小于阀值后停止计算，此时计算所采取的晶界可动性参数μ_gb被接收为最终的实际值；该比值如果小于阀值，停止计算，此时计算所采取的晶界可动性参数μ_gb被接收为最终的实际值；所述阀值为0.01‑0.1之间。