橋梁鋼熱壓縮變形動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為的雙尺度模擬.pdf

1、隨著控冷控軋技術(shù)與合金化的綜合應(yīng)用，性能更加優(yōu)越的各種新型鋼種不斷得到開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。其中，奧氏體區(qū)再結(jié)晶軋制發(fā)揮了重要作用。為了確定最佳的熱軋工藝參數(shù)以實(shí)現(xiàn)合理的再結(jié)晶控軋，深入研究鋼的熱變形期間動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為十分必要，特別是采用計(jì)算機(jī)模擬方法進(jìn)行的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶研究更具有重要的理論和實(shí)際意義。
　　 由于形成機(jī)制復(fù)雜、影響因素眾多、過(guò)程較快、組織變化模型難以構(gòu)建等，橋梁鋼動(dòng)態(tài)再結(jié)晶模擬的研究相對(duì)較晚，且基于物理或?qū)嶒?yàn)?zāi)M的有限元-宏

2、觀組織模擬與有限元-介觀組織模擬相結(jié)合的雙尺度動(dòng)態(tài)再結(jié)晶模擬的相關(guān)研究更是鮮見(jiàn)。為此，本文以新型橋梁鋼特別是HPS485wf鋼為研究對(duì)象，在結(jié)合了熱模擬實(shí)驗(yàn)、定量金相分析技術(shù)、有限元分析技術(shù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶組織模擬技術(shù)的基礎(chǔ)上，以MARC軟件作為數(shù)值模擬的支撐平臺(tái)、基于唯象模型或MC模型所開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序作為動(dòng)態(tài)再結(jié)晶組織模擬的工具，對(duì)該鋼單道次熱壓縮變形過(guò)程中動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為進(jìn)行了物理模擬-有限元模擬-雙尺度組織模擬(宏觀與介觀)的全面研究。

3、
　　 首先，對(duì)HPS485wf和Q420qE兩種典型的橋梁鋼進(jìn)行了系統(tǒng)的熱模擬等溫壓縮實(shí)驗(yàn)，揭示了變形參數(shù)對(duì)它們的熱變形力學(xué)行為和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶組織演變的影響規(guī)律及其形成機(jī)理，獲得了發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的特征參數(shù)值，為后序的唯象模型和MC模型的建立、檢驗(yàn)以及它們的宏觀和介觀組織模擬奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
　　 其次，根據(jù)變形條件對(duì)形變和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為存在影響進(jìn)行的熱模擬實(shí)驗(yàn)研究，建立了能夠描述HPS485wf鋼流變行為的通用本構(gòu)關(guān)系模

4、型和簡(jiǎn)化本構(gòu)關(guān)系模型?；贜ajafizadeh和Jonas提出的簡(jiǎn)化θ-σ模型以及Cingara和McQueen提出的流變應(yīng)力模型，得到了該鋼熱壓縮變形動(dòng)態(tài)再結(jié)晶臨界參數(shù)模型以及對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶唯象模型，使得后續(xù)有限元-動(dòng)態(tài)再結(jié)晶唯象模型的宏觀組織模擬得以進(jìn)行。
　　 隨后，采用熱/力耦合剛塑性有限元-動(dòng)態(tài)再結(jié)晶唯象模型，以通用的大型商業(yè)分析軟件MSC.MARC與二次開(kāi)發(fā)的子程序?yàn)檐浖?，成功模擬了HPS485wf鋼在不同熱

5、壓縮變形條件下其內(nèi)部的等效應(yīng)變、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶狀態(tài)的演化過(guò)程，驗(yàn)證了所建臨界參數(shù)模型、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶唯象模型的合理性；研究了變形條件對(duì)其力學(xué)行為、組織演化及其動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為的影響，全面揭示了該鋼內(nèi)部的宏觀動(dòng)態(tài)再結(jié)晶規(guī)律，為有限元-介觀動(dòng)態(tài)再結(jié)晶組織模擬的研究提供了對(duì)比素材。
　　 然后，基于MC法建立了包括能量模型、形核模型、實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換模型等的介觀動(dòng)態(tài)再結(jié)晶模型，成功模擬了不同熱壓縮條件下HPS485wf鋼的微觀組織、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)、

6、平均晶粒尺寸演變的介觀尺度特征，實(shí)現(xiàn)了多輪次動(dòng)態(tài)再結(jié)晶共存現(xiàn)象的介觀模擬，揭示了該鋼內(nèi)部介觀組織動(dòng)態(tài)再結(jié)晶規(guī)律，為有限元-介觀動(dòng)態(tài)再結(jié)晶組織模擬提供了有效模型。
　　 最后，采用熱/力耦合有限元-動(dòng)態(tài)再結(jié)晶MC模型，完成了選定變形條件下HPS485wf鋼內(nèi)部微區(qū)的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為的介觀組織模擬，并與相應(yīng)的熱/力耦合有限元-動(dòng)態(tài)再結(jié)晶唯象模型的宏觀組織模擬進(jìn)行了對(duì)比，證實(shí)了兩種尺度模擬結(jié)果的相互關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了該鋼動(dòng)態(tài)再結(jié)晶宏觀-介觀的

7、雙尺度模擬。
　　 綜上所述，本文實(shí)現(xiàn)了熱壓縮變形的HPS485wf鋼動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的雙尺度模擬；創(chuàng)建了該鋼的本構(gòu)關(guān)系模型、臨界參數(shù)模型、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶唯象模型、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶MC模型，開(kāi)發(fā)了相關(guān)應(yīng)用程序，成功地模擬了它的多輪次共存動(dòng)態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象；完成了該鋼熱壓縮變形的物理模擬-有限元數(shù)值模擬-動(dòng)態(tài)再結(jié)晶組織模擬的系統(tǒng)研究，從宏觀和介觀層次上全面揭示了變形條件對(duì)其形變和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為的影響規(guī)律及其物理本質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了它的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為及其組織演