冷轧薄钢板退火过程组织演变的Monte Carlo模拟

&AA&年

钢铁研究学报

第$i

卷

一致!则该节点被视为在晶内"取向数#应选得足够大以减少相同取向晶粒相遇的频率"这种方法的实质是将一个连续的组织离散化!以$个节点来代表晶粒的某一部分"微观组织模型如图$所示"$%&%&能量模型

晶粒长大的驱动力来自界面能"如果只考虑界面能并假定界面能是各向同性的!即界面能的大小与晶粒间的取向差无关!那么!任一节点’的能量(’可表述为)

式中!J是晶界能!KL为形变储存能"形核过程的驱动力同样可简化成晶界能和形变储存能"因此!可利用a;<I=bc:d;模型对形核过程进行模拟"

在模拟开始时给定系统一定数量的再结晶晶核!假定在整个过程中不再有新的晶核形成"这些晶核的储存能为零!取向随机选取!位置也是随机的"这些晶核处于能量有利的位置时会被保留下来并长大6处于不利的位置时!随着再结晶过程的进行会逐

&

级的网渐消失"形核模拟采用比再结晶模拟小$A

..

(’*+,-/

0$123’3/

40$4

而整个体系的能量(可写成)

5..

(*+,-’-/

0$123’3/

40&4

式中!+为界面能的一个量度6278

为9:;<=>?=:记号!即7*8时!278*$!而7@8时278*A65为体系总节点数6..为与节点’最临近的节点数!对于三角形网格..*B"$%&%C形核模型

一般来说!优先形核的位置是体积相对较小D晶格高度扭曲的区域"在这些区域!晶核只需生长较短的距离就可以与基体形成大角度晶界"再结晶形核方式有多种"实验观察表明!根据形变量和金属种类

的不同!再结晶的形核方式可归纳为两大类E&F

)

一是原晶界的某些部位突然迅速长大而成为核心6二是某些亚晶快速长大而成为核心"因此!可将形核的模拟抽象为再结晶的晶胚在形变基体中的长大"当晶胚的尺寸超过晶核的临界尺寸G>:HI

时就会形成一个晶核)

G>:HI

*KL

0C4

图M离散化的晶粒组织示意图0三角形网格4NOP%MQRSTUVWXYOZU[STSYP[\O]^OU[WZT[_UT_[S

0T[O\]P‘SP[OY

4万方数据

hjih

格数进行!这样可以更充分地考察局部特征"形变储

存能和晶界能仍被视为各向同性和均匀分布!网格尺寸选择$A<e级"

&程序介绍

本文介绍的组织模拟程序研究了晶粒长大D再结晶形核和长大及再结晶完成后晶粒继续长大C个

阶段!它主要包括两个模块)前处理模块和后处理模块"前处理模块主要生成初始组织D再结晶形核和长大的数据库6后处理模块主要完成组织变化的模拟及简单的结果计算和统计!并绘出二维的组织图像和演示它的连续动态变化过程"后处理模块具有多个交互性接口!可以实现手动和自动演示!也能观察某一时刻的组织形态"前处理模块和后处理模块通过数据接口进行连接!能够进行不同初始条件下的组织模拟"

C模拟结果及分析

f%M模拟条件

鉴于本文所用程序尚无法模拟冷轧变形组织的形态和升温速度!且晶粒长大速度是由能量变化而自动控制的!因而只能采用具有不同平均晶粒尺寸的等轴组织来模拟实际冷轧变形组织!笔者选用的具体模拟初始条件见表$"f%g模拟结果

C%&%$冷轧压下率对再结晶的影响

实际上!冷轧压下率的增大将导致冷轧组织变形更加显著和冷轧变形储存能的增加"具体表现在)强度更高D晶粒更加细小并沿轧向伸长!且呈现为纤维状组织6同时!导致再结晶过程中的形核率和晶粒

长大速度增加!特别是再结晶区变化幅度更大"模拟结果如图&和图C所示"图中映射区域为再结晶组织!图&的冷轧压下率较高!图C的冷轧压下率较