D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1996.06.010 第18卷第6期 北京科技大学学报 Vol.18 No.6 1996年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1996 金属热变形时动态组织变化的模拟* 窦晓峰赵辉鹿守理杨觉先赵俊萍 北京科技大学压加系，北京100083 摘要在考虑变形历史对组织变化以及组织变化对变形影响的基础上，建立了金属热变形组织 变化模拟模块.模拟结果和实验相符合， 关键词热变形，组织模拟，变形抗力 中图分类号TG111.7 在用有限元对变形进行模拟时，一般没有考虑组织变化对变形抗力的影响，这在低温时 是可以的.但是，当金属在T>0.6Tm(Tm为金属熔点的热力学温度)时，金属内部不仅存在着 金属流动，同时也发生着组织变化，如动态再结晶、静态再结晶等四，对金属的组织、性能及变 形抗力有着相当重要的影响.由于变形抗力对金属的变形及流动起着决定性的作用，因此在 模拟金属热变形时，对组织变化必须予以考虑， 1金属热变形时组织变化和变形行为的相互作用 由文献[1]可知，在组织变化的模拟中，对变形抗力曲线的准确描述是至关重要的.通常， 变形抗力曲线是由基础实验数据回归而得到的经验模型.当用这种模型模拟热变形过程时， 变形抗力是作为一种状态量，它由变形参数（ε，e,刀确定.在大多数情况下，如果只要求了解 金属的流动情况或者变形力，变形功，这类模型就已具有足够的精度，但在多道次变形情况 下，这样处理却可能导致很大的错误.因为在基础实验中几乎没有考虑由变形引起的组织变 化，变形历史又不同于基础实验，所以多道次变形时材料性能也不同于基础实验所测.在这 里，变形抗力曲线的经验描述失去了其有效性，所以需要把组织状态引人变形抗力的描述中， 按照经典理论，变形抗力是组织状态()和变形参数(e,刀的函数： a=f(S,E,T) (1) 而组织发生变化是由于应变的作用： ds de =g(S,T) (2) 式中，S为等效应变，e为应变速率，T为变形温度. 式(1)假定变形抗力在给定组织状态(S时可由当时的变形参数(E,)确定，但和当前时 刻所发生的组织变化(S9无关.由此时刻的组织变化(dS)和组织状态（可以确定下一变形 时刻的组织状态(S),根据式(1)确定下一时刻变形抗力σ，·由此，组织变化(S)影响下一时刻 1996-06-15收稿第一作者男25岁博士 *国家自然科学基金资助项目第 18 卷 第 6期 1 9 9 6年 1 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s yit o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o yg B e ij in g V o l . 1 8 N o . 6 D e e . 1 9 9 6 金属 热变形 时动态组织变化 的模拟 * 窦晓峰 赵 辉 鹿守理 杨 觉先 赵俊萍 北京 科技大学压加 系 , 北京 10 0 0 8 3 摘要 在考虑变 形历史对 组织变化 以 及组织变化 对变形影 响的基础上 , 建立 了 金属 热变形组织 变化模拟模块 . 模拟 结果 和实验 相符合 . 关健词 热变形 , 组织模 拟 , 变形抗力 中图分类号 T G 1 1 . 7 在用 有 限元 对变 形进 行模拟 时 , 一般 没有 考 虑组 织变 化 对变 形抗 力 的影 响 , 这 在低 温 时 是 可 以 的 . 但 是 , 当金属 在 T > .0 6 mT ( mT 为金 属熔 点 的 热力 学 温度 ) 时 , 金 属 内部 不 仅存 在 着 金 属 流动 , 同时也 发生 着组 织 变化 , 如 动态再 结 晶 、 静 态再结 晶等 [ ’ ] , 对金 属的 组织 、 性 能及 变 形 抗 力有 着 相 当重 要 的影 响 . 由于 变形 抗 力 对金 属 的变形 及 流 动起 着 决定 性 的作 用 , 因此 在 模 拟金 属 热变 形时 , 对组 织变 化必须 予 以 考 虑 . 1 金属热变形时组织 变化和变形行为的相互作用 由文献 l[ 】可知 , 在组 织 变化 的模 拟 中 , 对变 形抗 力 曲线 的准 确描 述是 至 关重要 的 . 通 常 , 变 形抗 力 曲线是 由基 础 实 验数 据 回 归而得 到 的 经验 模型 . 当用 这种 模 型模 拟 热 变形 过程 时 , 变 形抗 力 是作 为 一 种状 态 量 , 它 由变 形参数 ( ￡ , 云 , 乃 确定 . 在 大 多数情 况下 , 如 果 只要 求了解 金 属 的 流 动情 况 或 者 变形 力 、 变 形 功 , 这 类模 型 就 已具 有足 够 的 精 度 . 但 在多 道 次 变 形情 况 下 , 这 样处理 却 可能 导致 很 大 的错 误 . 因 为在基础 实 验 中几 乎没 有 考虑 由变形 引起 的组织 变 化 , 变 形 历 史 又不 同于 基 础 实验 , 所 以 多 道 次 变形 时材 料 性 能也 不 同于基 础 实 验 所 测 . 在 这 里 , 变 形抗力 曲线 的经验 描述 失去 了其 有效 性 , 所 以 需 要把 组织 状态 引人 变形 抗力 的描 述 中 . 按照 经典理 论 , 变形抗 力 是组 织状 态 (习和变 形参数 任 , 乃 的 函数: a = f ( S , 。 , 乃 ( 1) 而组 织发 生变 化是 由于应 变 的作 用: dS / dr = g( S , 。 , 乃 ( 2 ) 式 中 , s 为等 效应 变 , 若为应 变速率 , T 为变 形温 度 . 式 (l ) 假定 变 形抗 力 在 给定 组 织状 态 (习 时可 由 当时 的变 形参数 任 , 乃 确定 , 但 和 当前 时 刻所 发 生 的组 织 变化 (均 无 关 . 由此 时 刻 的组织 变 化 (均和 组 织 状态 (习可 以 确定 下 一变 形 时刻 的组 织状 态 (S l ) , 根据式 (l ) 确 定下 一时 刻变 形抗力 a ; · 由此 组 织变 化 (均影 响 下一 时刻 19 9 6 一 0 6 一 15 收稿 第一 作者 男 25 岁 博士 国 家 自然 科学基金资助 项 目 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1996. 06. 010