多尺度鋁合金微觀組織演變模型研究進(jìn)展

1、多尺度鋁合金變形組織演變建模研究進(jìn)展基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目(51605234)；寧夏自然科學(xué)基金項目(NZ1646)；寧夏高?？茖W(xué)研究項目(NGY2016067)；湖南大學(xué)汽車車身先進(jìn)設(shè)計制造國家重點實驗室開放基金資助項目(31515007)收稿日期： 修訂日期：作者簡介：王冠（1985-），男，河南鄭州人，講師，博士。E-mail：belonging通信作者：王冠王冠1,2，卞東偉1，寇琳媛1，易杰2，劉志文2，李落星2（1.寧夏大學(xué)機械工程學(xué)院，銀川750021；2.湖南大學(xué)，汽車車身先進(jìn)設(shè)計制造國家重點實驗室，長沙410082；）摘要：鋁合金在熱成型過程中，微觀組織會發(fā)生晶粒

2、長大、晶粒不均勻變形、動態(tài)再結(jié)晶等一系列復(fù)雜的演化，而這些材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的改變，會直接影響到鋁合金的綜合性能。通過掌握變形過程中微觀組織演變的物理本質(zhì)，來達(dá)到控制微觀組織及產(chǎn)品性能的目的，已經(jīng)越來越受到材料研究者的重視。本文綜述了鋁合金變形組織演變建模的研究現(xiàn)狀，重點介紹了多尺度模擬方法，同時指出了研究中存在的問題，展望了鋁合金變形組織演變建模的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：鋁合金；微觀組織演變；多尺度建模；熱壓縮變形；Research Progress in Multi-scale modelling of microstructure evolution during hot deformation

3、 of aluminum alloyWANG Guan1,2, BIAN Dong-wei1, KOU Lin-yuan1, YI Jie2, LIU Zhi-wen2, LI Luo-xing2(1.College of Mechanical Engineering, Ningxia University, Yinchuan 750021, China;2.State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacture for Vehicle body, Hunan University, Changsha 410082;)Abstract:

4、During the hot forming process of aluminum alloy, microstructure will occur in a series of complex evolution such as grain growth, inhomogeneous deformation, dynamic recrystallization and which will directly affect the comprehensive properties of aluminum alloy. By mastering the physical essence of

5、the microstructure evolution during heat deformation, to achieve the purpose of controlling the microstructure and the properties of the products has been paid more and more attention by the researchers of materials. This paper summarizes the research status quo of modelling of microstructure evolut

6、ion during hot deformation of aluminum alloy, especially for the multi-scale simulation method, and points out the problems existing in current research and forecast the development trend of modelling of microstructure evolution during hot deformation of aluminum alloy.Key words: Aluminum alloy; Mic

7、rostructure evolution; Multi-scale modelling; Hot compression deformation；鋁合金具有密度低、比強度高、耐腐蝕性好、可循環(huán)利用等優(yōu)點，被公認(rèn)為汽車輕量化的理想材料。近年來鋁合金在汽車上的用量持續(xù)增加，但汽車用鋁合金目前主要還是集中在輪轂、發(fā)動機、變速箱殼體等鑄件，車身用型材和板材則相對較少。特別是，我國自主品牌汽車幾乎沒有主流車型使用鋁材加工車身結(jié)構(gòu)，國內(nèi)也還沒有成熟的車身鋁合金型材、板材的供應(yīng)商。究其原因，主要是因為汽車車身用鋁合金性能要求較高，必須同時具有較高的強度、優(yōu)異的吸能性能以及穩(wěn)定可靠的變形模式，需要嚴(yán)格制定熱

8、成形工藝以控制加工過程中微觀組織的演變。然而，鋁合金熱變形參數(shù)與微觀組織演變之間的關(guān)系錯綜復(fù)雜，在高溫和變形的共同作用下，不僅產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變的改變，微觀組織也會發(fā)生一系列顯著變化(如晶粒長大、晶粒不均勻變形、動態(tài)再結(jié)晶等)，同時晶界遷移、位錯釘扎、原子擴散等都會影響晶粒的形態(tài)1。其中晶界遷移對鋁合金熱變形過程中晶粒組織的演變起到了重要作用，決定了材料在變形、回復(fù)、再結(jié)晶及晶粒長大過程中顯微結(jié)構(gòu)的變化2，如晶粒形貌、尺寸分布的演變以及晶界遷移與晶粒變形共同作用下晶粒取向的改變。由于晶粒組織對產(chǎn)品最終的綜合性能起著至關(guān)重要的作用，因此預(yù)測和控制鋁合金熱成形過程中微觀組織演變成為了關(guān)鍵問題。從應(yīng)用的

9、角度出發(fā)，重要的任務(wù)是如何將材料的微觀組織演變與熱傳導(dǎo)、塑性變形整合成一個完整統(tǒng)一的系統(tǒng)，并通過現(xiàn)代計算機手段預(yù)測金屬加工的最終晶粒組織與材料性能。本文綜述了多尺度鋁合金變形組織演變模型的研究現(xiàn)狀，并展望了其未來的發(fā)展趨勢。1 鋁合金熱變形行為研究晶粒長大是多晶體材料最普遍的顯微組織演變過程。晶粒尺寸及均勻性對材料的塑性、韌性、強度、硬度等力學(xué)性能及機械加工性能都具有重要的影響，因此對于鋁合金微觀組織演變的研究越來越受到相關(guān)學(xué)者的重視。例如，李慧中等3、周堅等4和HUANG等5，利用OM、TEM等手段，分別研究了變形溫度和應(yīng)變速率對2519鋁合金和7B50鋁合金熱壓縮變形過程中微觀組織的演化行

10、為，以及單道次熱壓縮過程中6016鋁合金顯微組織演變和不同變形條件下的組織形貌特征。陳修梵等6對均勻化處理后的7050鋁合金進(jìn)行熱壓縮試驗,發(fā)現(xiàn)隨著變形溫度升高和應(yīng)變速率下降，合金位錯密度降低，流變應(yīng)力減小。在熱變形過程中，合金的主要軟化機制由動態(tài)回復(fù)逐漸演變?yōu)閯討B(tài)再結(jié)晶，熱變形組織由位錯亞結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樵俳Y(jié)晶組織。陳學(xué)海等7通過等溫壓縮實驗，系統(tǒng)研究了熱變形參數(shù)對7085鋁合金熱變形組織演變的影響。得出了升高變形溫度以及降低應(yīng)變速率，均有利于該合金的動態(tài)再結(jié)晶發(fā)生，并采用線性回歸方法建立了該合金的再結(jié)晶模型。張新明等8對7050鋁合金進(jìn)行多道次熱壓縮試驗，并觀察了該合金在不同終了溫度熱壓縮變形后

11、及固溶時效后的顯微組織。得出了隨著變形終了溫度的升高，各相同道次的流變應(yīng)力逐漸下降。合金在熱變形過程中動態(tài)、靜態(tài)軟化消耗的變形能逐漸增加，固溶時效后再結(jié)晶組織逐漸減少?？芰真碌?研究了7150鋁合金的熱變形流變應(yīng)力行為及顯微組織演化規(guī)律，結(jié)果表明隨著溫度的升高和應(yīng)變速率的降低，合金中拉長的晶粒發(fā)生粗化，亞晶尺寸增大，再結(jié)晶晶粒在晶界交叉處出現(xiàn)并且晶粒數(shù)量逐漸增加。WANG等10通過熱壓縮試驗，對7050鋁合金顯微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，建立了同時考慮晶格擴散和晶界擴散耦合效應(yīng)的修正模型，提出了不同變形條件下的擴散機制，并發(fā)現(xiàn)晶界滑移可能導(dǎo)致較高溫度和較低應(yīng)變速率下蠕變指數(shù)的降低。以上學(xué)者研究了熱壓縮實

12、驗下鋁合金的微觀組織演化規(guī)律，探明了熱變形參數(shù)對微觀組織演變的影響，為鋁合金熱變形行為研究提供了重要的理論依據(jù)，然而這些研究未能充分揭示金屬的內(nèi)在變形機理，不適用于完整描述微觀組織的動態(tài)演變過程。對于金屬材料而言，顯微結(jié)構(gòu)的演變尤其是晶粒長大和動態(tài)再結(jié)晶過程均與晶界遷移有關(guān)。鋁合金屬于高層錯能金屬，其熱變形的主要恢復(fù)機制為動態(tài)回復(fù)。Sellars11指出，界面能的降低是晶粒長大的主要驅(qū)動力。Gourdet12發(fā)現(xiàn)對于高層錯能合金，在高溫壓縮變形過程中伴隨有晶界遷移現(xiàn)象。大量研究表明，隨著變形溫度的升高，鋁合金的動態(tài)晶界遷移模量迅速增大，而晶界遷移所需的驅(qū)動力較小，即使非常小的晶界遷移速率也能導(dǎo)

13、致在中等應(yīng)變條件下晶粒尺寸及取向的變化13。Louat14指出晶界的移動可以類似于晶界的隨機擴散過程，晶粒在長大過程中晶界面積減小，能量降低，使得晶界的遷移總是向著其曲率中心方向遷移。周自強等15通過純鋁雙晶試樣的研究，發(fā)現(xiàn)晶界遷移發(fā)生于較高溫度處，且晶界遷移形態(tài)與原晶界的形狀有關(guān)，其方向一般是朝向晶界界面曲率中心，而對于平直的晶界界面或者細(xì)觀上界面成凹凸起伏的曲面時，晶界遷移將呈波浪式形態(tài)。以上研究證明了晶界遷移對鋁合金顯微結(jié)構(gòu)演變尤其是晶粒長大和動態(tài)再結(jié)晶過程的重要影響。晶界遷移速率與宏觀變形溫度、應(yīng)變速率等有著緊密的聯(lián)系，但該方面的研究工作多停留在定性階段。定量描述不同材料在不同變形條件

14、下的晶界遷移率將有助于精確建立晶界遷移和微觀組織演變之間的聯(lián)系。2 基于經(jīng)驗或半經(jīng)驗的晶粒尺寸演變模型和流變應(yīng)力模型金屬材料的機械性能很大程度上依賴于其微觀組織，材料加工過程中微觀組織的控制非常關(guān)鍵，因此能夠準(zhǔn)確預(yù)測組織的演變過程具有重要的意義。目前工程應(yīng)用中一般采用一些簡單的材料本構(gòu)方程來描述應(yīng)變、應(yīng)變速率、溫度對流變應(yīng)力及晶粒尺寸的影響。在過去的幾十年中，各國研究學(xué)者提出了非常多的熱變形條件下的流變應(yīng)力模型。然而大部分模型屬于經(jīng)驗或半經(jīng)驗?zāi)Ｐ停@些理論模型均無法考慮材料微觀組織在變形過程中的變化。例如Zener Hollomon，1944 16，M. C. Sellars，1966 17，

15、Johnson Cook，1983 18，Khan，2007 19，Sung，201020.其中最有名的是Arrhenius模型21，該模型被廣泛的應(yīng)用于高溫流變應(yīng)力的預(yù)測。Arrhenius模型能夠合理的描述應(yīng)變速率，溫度對流變應(yīng)力的影響。通過采用Zener-Hollomon參數(shù)，能夠更加準(zhǔn)確的預(yù)測不同變形條件下的流變應(yīng)力。該模型利用超正弦函數(shù)描述穩(wěn)態(tài)流變應(yīng)力值，但是由于超正弦函數(shù)中變量僅與溫度和應(yīng)變速率有關(guān)，忽略了塑性應(yīng)變對流變應(yīng)力的影響。Lin等(2008)22基于Arrhenius模型，采用多項式擬合的方式描述42CrMo合金中應(yīng)變及應(yīng)變速率對流變應(yīng)力的影響，但該模型屬于經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，無法

16、描述變形過程中材料內(nèi)部微觀組織的演變。此外，SHI等23基于ZenerHollomon方程構(gòu)建了6005A鋁合金的大應(yīng)變量熱變形本構(gòu)關(guān)系模型。PATURI等24分別通過修正的JC模型和修正的ZA模型預(yù)測了AA7075-T6鋁合金的熱變形行為，對比分析結(jié)果表明兩種修正模型均具有較高的預(yù)測精度，但修正的ZA 模型的預(yù)測能力相對更好。TOROS等25和HAGHDADI等26分別基于ANN方法構(gòu)建了Al-Mg合金和A356鋁合金的熱變形流變應(yīng)力模型，并通過對比補償修正了ZenerHollomon模型，驗證了ANN模型的可靠性。國內(nèi)相關(guān)學(xué)者也對此開展了深入的研究，吳文祥等27通過分析2026鋁合金熱壓縮

17、流變應(yīng)力行為，得出了該合金的變形溫度和應(yīng)變速率對流變應(yīng)力的影響規(guī)律，并利用本構(gòu)方程對流變應(yīng)力值進(jìn)行修正，進(jìn)而繪制了功率耗散圖。段龍松等28考慮應(yīng)變速率和溫度對變形的影響，建立了6061鋁合金的修正本構(gòu)模型和高溫流變應(yīng)力模型，采用考慮溫升效應(yīng)的參數(shù)反求法，并結(jié)合有限元模擬軟件，準(zhǔn)確預(yù)測該合金的熱變形行為。本文作者29通過等溫壓縮實驗研究6061鋁合金的流變應(yīng)力行為，采用未考慮溫升效應(yīng)的參數(shù)反求法及考慮溫升效應(yīng)的參數(shù)反求法求解流變應(yīng)力方程參數(shù)，并與回歸統(tǒng)計法得到的結(jié)果進(jìn)行對比分析，建立了準(zhǔn)確的6061鋁合金高溫流變應(yīng)力本構(gòu)模型。以上這些模型較好的描述了熱變形過程中變形參數(shù)對流變應(yīng)力的影響，但這些模

18、型仍屬于經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，無法反映變形過程中微觀組織演變等物理過程。近些年，隨著材料測試分析技術(shù)的不斷進(jìn)步，越來越多的學(xué)者建立了材料在成形過程中基本物理變化的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)經(jīng)典理論，平均晶粒尺寸可以通過穩(wěn)態(tài)流變應(yīng)力水平來描述，Twiss30結(jié)合實驗與數(shù)值分析對此做了系統(tǒng)的理論研究。Krempl31和Bammann 32應(yīng)用內(nèi)變量理論成功的建立了材料統(tǒng)一的蠕變本構(gòu)方程。眾多研究學(xué)者在該研究工作的基礎(chǔ)上提出了一系列的改進(jìn)模型，并通過實驗等手段確定了不同類型材料的模型參數(shù)取值范圍，Poirier33、Shimizu34、Stipp35等，其中最有名的是Sellar36模型，其在前人理論模型的基礎(chǔ)上，建立了基

19、于非物理機制的晶粒尺寸模型，該模型能夠通過實驗數(shù)據(jù)的回歸處理快速獲得晶粒尺寸的近似解，但由于模型較簡單，無法真實反映不同變形溫度、變形速率等條件下材料微觀組織的變化。因此，隨著研究的進(jìn)一步深入，越來越多的研究工作開始同時關(guān)注晶粒尺寸的減小與晶粒長大兩個過程的交互影響，并提出了一些改進(jìn)模型，例如 Matsui37和 Manohar38、Hakan Hallberg39、Yin40等，他們通過引入Z參數(shù)、初始晶粒尺寸d0和塑性應(yīng)變p等變量，進(jìn)一步提高了模型的擬合精度，并獲得了較好的結(jié)果。上述這類晶粒模型多為經(jīng)驗或半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，能夠較好的預(yù)測材料熱變形過程中平均晶粒尺寸的變化，但需要大量的實驗數(shù)據(jù)累積

20、，且均無法反映晶粒演變的真實物理過程。因此，一些學(xué)者嘗試從晶粒長大的基本物理本質(zhì)建立微觀組織的演變模型。李淼泉41，李曉麗42，羅皎43,44等通過引入位錯密度作為內(nèi)變量，建立了鈦合金微觀組織的演變模型，并準(zhǔn)確預(yù)測了晶粒尺寸及相分?jǐn)?shù)等顯微結(jié)構(gòu)的變化。Hakan Hallberg39基于May45的研究，探討了晶界遷移與晶粒尺寸之間的關(guān)系，通過引入初始晶粒尺寸與飽和晶粒尺寸，并結(jié)合有效塑性應(yīng)變eff與臨界應(yīng)變c構(gòu)建了包含再結(jié)晶過程影響的晶粒尺寸模型。Gourdet4,46結(jié)合晶界遷移理論，提出了準(zhǔn)靜態(tài)晶粒厚度與變形溫度、應(yīng)變速率的關(guān)系模型，并通過晶粒厚度的變化求解晶界遷移速率Vm。Marx47基

21、于有效晶界遷移速率引起的空間和時間變化模擬了金屬的再結(jié)晶過程。Sellars和Zhu 48結(jié)合內(nèi)變量理論使用速度方程建立適用于動態(tài)變形條件下，能夠描述位錯密度演變，晶粒尺寸長大，動態(tài)再結(jié)晶過程的流變應(yīng)力本構(gòu)模型。Lin 49,50建立了金屬材料熱變形粘塑性統(tǒng)一本構(gòu)方程，適用于解決金屬多道次熱軋成型的問題，該模型包含動態(tài)再結(jié)晶、位錯密度、應(yīng)變硬化以及晶粒尺寸等變量。楊棟等51通過對7075鋁合金進(jìn)行熱模擬壓縮實驗，采用金相定量法對熱變形后材料的顯微組織晶粒度進(jìn)行測量，建立該合金熱變形時動態(tài)再結(jié)晶晶粒度演化模型。LI等52利用EBSD等手段，分析了熱壓縮試驗下7005鋁合金微觀組織演變和流變應(yīng)力行

22、為，發(fā)現(xiàn)在高應(yīng)變速率下材料的軟化與動態(tài)回復(fù)過程中晶界遷移引起的晶粒粗化有關(guān)，并建立了描述晶界遷移過程的數(shù)學(xué)模型。上述晶粒演變模型通過對過程參量的合理選擇與計算，反映了晶粒演變的真實物理過程，然而這些模型大多建立在完美均勻材料的假設(shè)下，且真實材料中晶粒尺寸、晶粒形貌、晶粒取向等都是不均勻且隨機分布的，因此并不能準(zhǔn)確的描述多晶材料的微觀組織演變過程，想要提高準(zhǔn)確性，必須建立多尺度本構(gòu)模型。3 多尺度晶粒演變模型目前材料設(shè)計和加工的研究主要基于單一的時空尺度，然而真實材料的時空尺度多達(dá)十幾個量級，不同的研究方法只能針對某一個或幾個量級的時空尺度，想要更加全面的研究材料的宏微觀耦合變形過程，需要在隨機

23、性模擬的基礎(chǔ)上采用多尺度耦合的研究方法。隨機性模擬(Stochastic modeling)是構(gòu)建多尺度模型的基礎(chǔ)，其采用概率方法來研究晶粒的長大和演變過程，包括晶粒尺寸、取向和形貌的隨機分布，以及組織演變過程中能量與結(jié)構(gòu)起伏的隨機波動，更加接近材料真實的顯微結(jié)構(gòu)演變過程。隨機性方法主要包括Monte Carlo(MC)法、Cellular Automat(CA)法和相場(PF)法等。MC法以界面能最小為原則，以概率統(tǒng)計理論為基礎(chǔ)，以隨機抽樣為手段對晶粒生長過程進(jìn)行模擬，具有簡潔性、可編程性、易可視化等優(yōu)點，但是其對于復(fù)雜條件下微觀組織的模擬有一定的局限性53。CA法結(jié)合了概率統(tǒng)計方法和確定性

24、法的優(yōu)點，能夠描述更加復(fù)雜的顯微結(jié)構(gòu)演變過程，物理意義更加明確，但CA法在模擬過程中的時間步與真實時間不一致54。相場(PF)方法通過引入場變量來表述組織的相變過程，其優(yōu)點在于不需要追蹤界面的幾何形態(tài)，具有較高的精度，但相場法的計算資源消耗量巨大，可模擬的尺度相對較小，更適合求解金屬凝固過程中組織的演變55。Goetz56，Semiatina57和Jin等58根據(jù)高溫變形條件下的流變應(yīng)力曲線，提出一種新的再結(jié)晶描述方式，稱為元胞自動機。應(yīng)用元胞自動機法能夠定量的描述材料變形過程中再結(jié)晶晶粒的長大過程，并能夠準(zhǔn)確預(yù)測材料的流變應(yīng)力。國內(nèi)學(xué)者李旭等59基于晶粒長大的理論模型，結(jié)合曲率機制與概率性轉(zhuǎn)

25、變規(guī)則，建立了晶界遷移率與晶界能各向異性條件下的二維元胞自動機模型，利用該模型對等溫條件下晶粒的生長過程進(jìn)行了模擬?；ǜ０驳?0結(jié)合晶粒生長的統(tǒng)計分析理論和概率性轉(zhuǎn)變規(guī)則,建立了基于曲率驅(qū)動機制的晶粒正常生長的二維元胞自動機模型。鄧小虎等61建立了一類模擬金屬材料動態(tài)再結(jié)晶的三維元胞自動機模型，把宏觀尺度的熱加工參數(shù)與介觀尺度的位錯密度變化相耦合,考慮了動態(tài)回復(fù)、形核率、應(yīng)變和初始晶粒尺寸的影響，利用該模型可以追蹤動態(tài)再結(jié)晶過程微觀組織的變化，并且可以得到再結(jié)晶晶粒形態(tài)及晶粒的取向和大小。武川62將CA法與晶體塑性有限元法相結(jié)合，建立了宏觀變形場與微觀組織演化順序耦合的鈦合金不連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶模

26、型，成功預(yù)測了晶粒不均勻變形對微觀組織形態(tài)演化的影響。王浩63通過CA法的二次開發(fā)建立了能準(zhǔn)確反映正常晶粒長大、晶粒拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化及動態(tài)再結(jié)晶過程的晶粒演變模型。崔振山64，陳飛65將多道次CA模型與有限元相結(jié)合，通過引入物質(zhì)坐標(biāo)系和元胞坐標(biāo)系建立了晶粒變形和再結(jié)晶晶粒等軸長大的模型。此外，還有一些學(xué)者致力于利用相場法研究顯微組織演變行為。王永彪等66采用連續(xù)相場模型對晶粒形核過程進(jìn)行模擬，引入類似于納米顆粒的界面效應(yīng)，研究了形核過程中晶核的析出、形核數(shù)目變化、晶界厚度變化以及晶核生長的特點。任秀67等采用晶體相場模型，分別模擬了純物質(zhì)小角度晶界和大角度晶界結(jié)構(gòu)及變形過程中的晶粒轉(zhuǎn)動及晶界遷移。

27、得出了小角度晶界遷移的主要機理是構(gòu)成晶界的位錯的滑移和攀移，而大角度晶界的遷移主要依靠晶界兩側(cè)原子的跳動及晶界位錯等缺陷的運動。魏承煬，李賽毅68利用相場法建立了一個可應(yīng)用于研究溫度梯度影響下的晶粒生長行為的二維模型，模擬了多晶材料退火過程中由溫度梯度引起的非均勻晶粒生長和定向晶粒生長行為。高英俊等69將多態(tài)相場（MSPF）模型與晶格畸變模型相結(jié)合，通過構(gòu)造變形晶粒的初始亞晶組織，計算模擬再結(jié)晶過程中亞晶通過合并與吞噬機制進(jìn)行長大的微觀演化過程，系統(tǒng)研究了變形量對亞晶尺寸分布和亞晶長大速率的影響。李俊杰等70采用相場法研究了第二相顆粒尺寸大小和體積分?jǐn)?shù)對晶粒長大過程的影響，認(rèn)為第二相顆粒體積分

28、數(shù)越大，單個第二相顆粒尺寸越大，其對晶界釘扎作用越強，但當(dāng)體積分?jǐn)?shù)一定時第二相顆粒尺寸越小，總的釘扎效果越強，最終晶粒尺寸越小。以上工作對多尺度微觀組織演變研究提供了重要的理論依據(jù)，極大地加深了人們對材料變形過程中微觀組織演變的認(rèn)識，對正確理解鋁合金熱變形工藝與工件內(nèi)部質(zhì)量之間的關(guān)系具有重要的指導(dǎo)意義。但由于鋁合金熱變形過程中微觀組織演變是動態(tài)的和帶有隨機性的，非常復(fù)雜，建立宏觀與微觀的直接耦合關(guān)系較為困難，雖然對于一些問題可以取得比較滿意的預(yù)測效果，但不能普遍適用于實際工業(yè)中鋁合金熱加工問題的分析。結(jié)論(1)晶粒長大與宏觀變形條件及微觀演變機制關(guān)系密切，晶界遷移對鋁合金晶粒組織的演變起關(guān)鍵作

29、用，定量描述鋁合金在不同變形條件下的晶界遷移速率能夠搭建微觀組織演變與宏觀變形之間的橋梁。(2)現(xiàn)有的經(jīng)驗?zāi)Ｐ投嘟⒃谕昝谰鶆虿牧系募僭O(shè)下，通過對過程參量的合理選擇與計算可以解決一些實際問題，較好的預(yù)測材料熱變形過程中平均晶粒尺寸的變化，但仍無法反映晶粒演變的真實物理過程。(3)鋁合金在熱變形過程中，原始晶粒組織的狀態(tài)(尺寸、取向、形貌等)存在隨機性，在特定的準(zhǔn)則約束下，其晶粒的演變過程存在規(guī)律性，以微觀組織結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的多尺度晶粒演變模型能較為準(zhǔn)確的反映材料變形過程中晶界遷移、再結(jié)晶、晶粒取向改變等現(xiàn)象的物理本質(zhì)。(4)基于隨機性模擬的晶粒模型，其結(jié)果對樣本和特征變量的抽取有較強的依賴性，難以

30、直接建立宏觀與微觀的多尺度耦合關(guān)系，計算效率與應(yīng)用范圍有限。參 考 文 獻(xiàn)1 Vandermeer R A. A transient effect in grain-boundary migration during recrystallization in aluminum J. Acta Metallurgica, 1967, 15(3): 447-458.2 Immarigeon J P, Mcqueen H J. Dynamic recovery of aluminum during hot rollingJ. Canadian Metallurgical Quarterly, 196

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