基于余氏理论及元胞自动机的Ti⁃2Nb合金组织模拟

doi:10.3969/j.issn.1672-6952.2022.06.010

辽宁石油化工大学学报 ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (6): 60-65.DOI: 10.3969/j.issn.1672-6952.2022.06.010

基于余氏理论及元胞自动机的Ti⁃2Nb合金组织模拟

林丽彬¹(), 林成¹(), 郭丽丽², 莫永星¹, 杨静怡¹, 崔建潇¹, 彭贤民¹

^1.辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺 113001
^2.锦州锦恒汽车安全系统股份有限公司，辽宁锦州 121007

收稿日期:2021-11-22 修回日期:2021-12-20 出版日期:2022-12-25 发布日期:2023-01-07
通讯作者: 林成
作者简介:林丽彬（1996⁃），女，硕士研究生，从事钛合金组织模拟与强度计算方面的研究；E⁃mail：15040897862@163.com。
基金资助:
辽宁省教育厅科学研究经费项目(L2019023);辽宁石油化工大学引进人才科研启动基金项目(2019XJJ?004)

Microstructure Simulation of Ti⁃2Nb Alloy Based on Yu's Theory and Cellular Automata

Libin Lin¹(), Cheng Lin¹(), Lili Guo², Yongxing Mo¹, Jingyi Yang¹, Jianxiao Cui¹, Xianmin Peng¹

^1.School of Mechanical Engineering，Liaoning Petrochemical University，Fushun Liaoning 113001，China
^2.Jinzhou Jinheng Automotive Safety System Co. ，Ltd. ，Jinzhou Liaoning 121007，China

Received:2021-11-22 Revised:2021-12-20 Published:2022-12-25 Online:2023-01-07
Contact: Cheng Lin

摘要/Abstract

摘要：

钛合金因具有高强度、低密度、耐腐蚀等优良性能而广泛应用于航空航天领域，因此从理论上研究钛合金组织演变规律对新型钛合金的定量设计十分必要。利用余氏理论计算价电子结构参数，结合元胞自动机规则，建立了Ti?2Nb合金β相组织模拟方法，对Ti?2Nb合金在1 000、1 050、1 100、1 150、1 200 ℃固溶时的微观组织进行了模拟。结果表明，该模型能够将相结构单元与β相组织形核长大建立关联；β相组织形核点数量与固溶温度的定量关系式可以通过余氏理论计算的相结构单元结合能进行表征；β相组织的晶粒尺寸随固溶时间的演变可以通过模拟步长建立关联。研究结果可为合金成分、制备工艺、组织、性能定量关系的建立提供可借鉴的思路。

关键词: 余氏理论, 元胞自动机, 组织模拟, 相结构单元

Abstract:

Titanium alloys are widely used in the aerospace field due to their high strength, low density, corrosion resistance and other excellent properties. Therefore, it is necessary to theoretically study the evolution of titanium alloys for the quantitative design of new titanium alloys. In this paper, using the valence electron structure parameters calculated by Yu's theory, combined with the rules of cellular automata, a simulation method of the Ti?2Nb alloy β?phase solid solution microstructure was established, and he microstructures of Ti?2Nb alloys at 1 000, 1 050, 1 100, 1 150 and 1 200 ℃ were simulated. The research results show that the model method can associate the phase structure unit with the nucleation and growth of the β microstructure; the quantitative relationship between the number of nucleation points in theβmicrostructure and the solid solution temperature can be characterized by the binding energy of the phase structure unit calculated by Yu's theory; the evolution of the grain size of the β?phase microstructure with the solution time can be correlated by the simulation step. These studies can provide a reference for the establishment of a quantitative relationship between alloy composition， preparation process， structure， performance.

Key words: Yu's theory, Cellular automata, Microstructure simulation, Phase structure unit

中图分类号:

TE98

林丽彬, 林成, 郭丽丽, 莫永星, 杨静怡, 崔建潇, 彭贤民. 基于余氏理论及元胞自动机的Ti⁃2Nb合金组织模拟[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2022, 42(6): 60-65.

Libin Lin, Cheng Lin, Lili Guo, Yongxing Mo, Jingyi Yang, Jianxiao Cui, Xianmin Peng. Microstructure Simulation of Ti⁃2Nb Alloy Based on Yu's Theory and Cellular Automata[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2022, 42(6): 60-65.

图/表 8

图1 Ti?2Nb合金β相组织模拟流程示意图

表1 Ti?2Nb合金的名义成分

元素	质量分数/%	元素	质量分数/%
Nb	2.000 0	N	0.007 0
O	0.110 0	H	0.002 1
C	0.009 0	Ti	剩余

图2 不同固溶温度的β相组织模拟图

图3 在模拟步长为600、固溶温度不同的条件下，β相组织的平均晶粒尺寸

图4 不同固溶温度下β相组织平均晶粒尺寸随模拟步长的变化趋势

图5 固溶温度为1 000 ℃时，不同模拟步长的β相组织模拟图

图6 固溶温度1 000 ℃、不同模拟步长下与实际金相对应的β相组织平均晶粒尺寸

图7 1 000 ℃下的β相组织模拟图（a） 420步（b） 918步（c） 1 007步

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Microstructure Simulation of Ti⁃2Nb Alloy Based on Yu's Theory and Cellular Automata

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