結(jié)晶預(yù)測(cè)模塊二次開發(fā)的準(zhǔn)確性。 步驟6 :如圖4所示，打開Def〇rm-3D后處理模塊，觀察分析軟件自帶模塊的溫度場(chǎng)、等 效應(yīng)力-應(yīng)變場(chǎng)等宏觀場(chǎng)量演化和分布特點(diǎn)，同時(shí)查看本發(fā)明二次開發(fā)模塊所定義的用戶 變量，觀察動(dòng)態(tài)再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸以及平均晶粒尺寸等用戶變量的分布 情況，并將不同成形工藝條件下預(yù)測(cè)得到的圓柱熱壓縮模擬微觀組織數(shù)據(jù)與物理熱壓縮實(shí) 驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比分析。如表3、4、5、6所示。 表3不同變形溫度下的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)與再結(jié)晶晶粒尺寸實(shí)驗(yàn)值與模擬預(yù)測(cè)值的 對(duì)比分析
表4不同應(yīng)變速率下的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)與再結(jié)晶晶粒尺寸實(shí)驗(yàn)值與模擬預(yù)測(cè)值的 對(duì)比分析
表5不同初始晶粒尺寸下的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)與再結(jié)晶晶粒尺寸實(shí)驗(yàn)值與模擬預(yù)測(cè) 值的對(duì)比分析
表6不同壓下量下的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)與再結(jié)晶晶粒尺寸實(shí)驗(yàn)值與模擬預(yù)測(cè)值的對(duì) 比分析
圖5~12為通過定義的用戶變量獲得的微觀組織分布情況。通過分析數(shù)據(jù)可知，動(dòng) 態(tài)再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)基本達(dá)到90%以上，平均誤差為3. 4%，和實(shí)驗(yàn)基本相符合，在溫度較低 (850°C)和應(yīng)變較?。?. 591)的時(shí)候誤差較大，分別為12. 4%、11. 9% ;動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒尺 寸模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，最大誤差為15. 1%，平均誤差為5. 93%，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為相 符。由上述可看出20CrMnTiH鋼動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的預(yù)測(cè)模型在DEFROM-3D的二次開發(fā)結(jié)果準(zhǔn)確 性較好，可以用來預(yù)測(cè)該材料的熱變形過程中微觀組織的演化規(guī)律。 基于上述二次開發(fā)的微觀組織模擬模塊獲得的20CrMnTiH鋼產(chǎn)品在熱變形過程中微 觀組織的分布情況數(shù)據(jù)，結(jié)合Def〇rm-3D模擬軟件輸出的該熱變形模擬過程中宏觀變形應(yīng) 力-應(yīng)變場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分布情況數(shù)據(jù)，討論分析該產(chǎn)品在熱變形過程中微觀組織的演化規(guī) 律。鍛件熱變形過程中的應(yīng)力場(chǎng)-應(yīng)變場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分布對(duì)微觀組織的分布和演化具有決 定性的作用，根據(jù)模擬分析得到的不同時(shí)間步下應(yīng)力場(chǎng)-應(yīng)變場(chǎng)和溫度場(chǎng)以及微觀組織分 布的數(shù)據(jù)，分析20CrMnTiH鋼材料鍛件微觀組織的分布和演化規(guī)律，通過控制變形條件（變 形溫度、應(yīng)變速率、材料初始晶粒尺寸和變形程度等），改善微觀組織的分布與演化情況，為 該材料產(chǎn)品熱精密成形工藝參數(shù)的優(yōu)化和實(shí)現(xiàn)該材料的"成形"與"成性"特性，以獲得高 精度和高性能鍛件產(chǎn)品提供方法。 應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所 有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種20CrMnTiH鋼熱變形過程微觀組織演化規(guī)律的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括W 下步驟： 1)對(duì)20CrMnTiH鋼進(jìn)行加熱保溫和熱壓縮物理試驗(yàn)獲得不同工藝條件下的包括應(yīng) 力-應(yīng)變曲線、奧氏體晶粒長(zhǎng)大尺寸W及再結(jié)晶晶粒尺寸在內(nèi)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)； 2)通過熱壓縮物理實(shí)驗(yàn)獲得的20CrMnTiH鋼不同工藝條件下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線建立 20CrMnTiH鋼的宏觀流動(dòng)應(yīng)力本構(gòu)模型；結(jié)合該材料的彈性參數(shù)和熱性能參數(shù)，建立了該 材料的基于DEF0RM-3D的材料庫(kù)； 3)設(shè)計(jì)20CrMnTiH鋼熱變形過程中微觀組織演化規(guī)律的微觀組織演化模擬模塊，并利 用金屬材料熱變形微觀組織演化理論，結(jié)合步驟1)中獲得的應(yīng)力-應(yīng)變曲線、晶粒尺寸等 數(shù)據(jù)建立動(dòng)態(tài)、靜態(tài)和亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶W及奧氏體晶粒長(zhǎng)大微觀組織變化行為的數(shù)學(xué)模型； 所述微觀組織演化模擬模塊用于對(duì)鍛件熱變形過程中微觀組織變化進(jìn)行模擬計(jì)算，根 據(jù)計(jì)算結(jié)果判斷微觀組織發(fā)生的組織變化行為，具體包括W下步驟： 3. 1)當(dāng)微觀組織模擬模塊計(jì)算開始時(shí)，判斷鍛件是否發(fā)生應(yīng)變，若應(yīng)變量大于零則開 始進(jìn)入下一步計(jì)算； 3. 2)判斷每一步的應(yīng)變速率是否大于零，W獲得此時(shí)是處于變形過程中還是處于道次 間隙或者是變形后； 3. 3)若應(yīng)變速率大于零，則判斷應(yīng)變是否超過臨界應(yīng)變，若超過臨界應(yīng)變則判定為動(dòng) 態(tài)再結(jié)晶，反之材料晶粒尺寸不發(fā)生變化； 3. 4)若應(yīng)變速率等于零，則判斷應(yīng)變是否超過臨界應(yīng)變，若超過則判定為亞動(dòng)態(tài)再結(jié) 晶，否則判定為靜態(tài)再結(jié)晶； 3. 5)根據(jù)判定結(jié)果返回各節(jié)點(diǎn)和單元變量； 4)根據(jù)熱加工過程中所需要輸出的微觀組織數(shù)據(jù)，建立用戶自定義變量，通過由微觀 組織演化數(shù)學(xué)模型W及微觀組織演化模擬模塊綜合形成的微觀組織分析模擬預(yù)測(cè)模塊，可 W獲得該材料熱鍛過程中復(fù)雜微觀組織演化和分布數(shù)據(jù)，包括：變形前后熱過程中奧氏體 晶粒長(zhǎng)大行為、變形過程中動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為、道次間隙W及熱變形后的靜態(tài)再結(jié)晶與亞動(dòng) 態(tài)再結(jié)晶行為； 5)根據(jù)20CrMnTiH鋼產(chǎn)品的形狀尺寸、成形工藝，建立該產(chǎn)品基于De化rm-3D的 變形-傳熱-微觀組織=維有限元模型，調(diào)用微觀組織演化模擬模塊和該材料的基于 DEF0RM-3D的材料庫(kù)對(duì)該鍛件熱變形過程和微觀組織變化過程進(jìn)行模擬計(jì)算，進(jìn)行該材料 熱成形過程中微觀組織演化規(guī)律預(yù)測(cè)分析。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟1)中的熱壓縮實(shí)驗(yàn)為使用 gleeble-3500熱模擬機(jī)對(duì)20CrMnTiH鋼進(jìn)行加熱保溫實(shí)驗(yàn)、單道次熱壓縮和雙道次熱壓縮 物理試驗(yàn)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述工藝條件為對(duì)微觀組織行為具 有影響的包括溫度、速度、變形程度、初始晶粒尺寸W及保溫時(shí)間。按上述方案，所述應(yīng)變速 率臨界值為0.001。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測(cè)方法，其特征在于，，所述步驟3)中微觀組織演變數(shù)學(xué)模 型包括：奧氏體晶粒長(zhǎng)大、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、靜態(tài)再結(jié)晶和亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶模型， (1)奧氏體晶粒長(zhǎng)大模型：其中dg為奧氏體晶粒長(zhǎng)大后的晶粒尺寸，d。為初始晶粒尺寸，t為保溫時(shí)間（S)，R為 氣體常數(shù)（8. 314J/化*mol))，T為絕對(duì)溫度； (2) 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 在變形過程中，若有足夠的激活能，20CrMnTiH鋼可能發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。 建立了 20CrMnTiH鋼動(dòng)態(tài)再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)模型： eC= 0. 8eP其中e。為臨界應(yīng)變，eP為峰值應(yīng)變，I為應(yīng)變速率，R為氣體常數(shù)（8. 314J/化*mol))，T為絕對(duì)溫度； 建立了 20CrMnTiH鋼動(dòng)態(tài)再結(jié)晶運(yùn)動(dòng)學(xué)模型：其中XdfM為動(dòng)態(tài)再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)，e為應(yīng)變，e。.5為動(dòng)態(tài)再結(jié)晶發(fā)生達(dá)到50%時(shí)的應(yīng)變 建立了 20CrMnTiH鋼動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸模型：其中cU。、為動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸，d。為初始晶粒尺寸； (3) 靜態(tài)再結(jié)晶 在道次間隙或者變形之后，若20CrMnTiH鋼還未發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，則有可能發(fā)生靜態(tài) 再結(jié)晶； 20CrMnTiH鋼靜態(tài)再結(jié)晶運(yùn)動(dòng)學(xué)模型：其中XgfM為靜態(tài)再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)，t為靜態(tài)再結(jié)晶發(fā)生的時(shí)間，為靜態(tài)再結(jié)晶達(dá) 到50%的時(shí)間，妓為應(yīng)變速率，e為應(yīng)變，d。為初始晶粒尺寸，R為氣體常數(shù)（8. 314J/ 化*mol))，T為絕對(duì)溫度； 20CrMnTiH鋼靜態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸模型：其中屯f。、為靜態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸； (4) 亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 在道次間隙或者變形之后，若20CrMnTiH鋼還已經(jīng)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，則有可能發(fā)生亞 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶； 20CrMnTiH鋼亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶運(yùn)動(dòng)學(xué)模型：其中為亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)，t為亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生時(shí)間，tmas為亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶 發(fā)生50%所需的時(shí)間，C為應(yīng)變速率，d。為初始晶粒尺寸，R為氣體常數(shù)（8. 314J/化*mol))， T為絕對(duì)溫度； 20CrMnTiH鋼亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸模型其中CU,為亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒尺寸。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種20CrMnTiH鋼熱變形過程微觀組織演化規(guī)律的預(yù)測(cè)方法，該方法將基于Deform-3D二次開發(fā)微觀組織模擬模塊與熱變形過程相結(jié)合，利用物理實(shí)驗(yàn)得到20CrMnTiH鋼微觀組織演化機(jī)制數(shù)學(xué)模型，采用Absoft？Pro？Fortran語言編譯該材料動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、靜態(tài)再結(jié)晶、亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶以及奧氏體晶粒長(zhǎng)大微觀組織分析模擬模塊。通過調(diào)用該微觀組織模塊計(jì)算出熱變形工件在不同工藝條件下微觀組織的分布，分析熱變形過程中宏觀場(chǎng)量如溫度場(chǎng)、等效應(yīng)力-應(yīng)變場(chǎng)和微觀組織相互影響規(guī)律實(shí)現(xiàn)20CrMnTiH鋼熱變形過程中微觀組織分布及演化規(guī)律的預(yù)測(cè)，為實(shí)際生產(chǎn)中20CrMnTiH鋼產(chǎn)品熱成形工藝參數(shù)的設(shè)置和優(yōu)化提供技術(shù)基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)該材料熱精密成形過程通過控制變形條件得到良好力學(xué)性能提供理論依據(jù)。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號(hào)】CN105373683
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510926383
【發(fā)明人】馮瑋, 華林, 韓星會(huì), 秦飛, 吳舒婷
【申請(qǐng)人】武漢理工大學(xué)
【公開日】2016年3月2日
【申請(qǐng)日】2015年12月11日