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Coupled quantitative modeling of microstructural evolution and plastic flow during continuous dynamic recrystallization
International Journal of Plasticity ( IF 9.8 ) Pub Date : 2022-07-06 , DOI: 10.1016/j.ijplas.2022.103372
Fei Chen, Xiao Tian, Guangshan Wu, Huajia Zhu, Hengan Ou, Zhenshan Cui

Continuous dynamic recrystallization (cDRX) dominates microstructural evolution during the hot working of metallic materials with high stacking fault energy (SFE), such as aluminum alloys. However, in reality, a lack of quantitative and visual modeling of the process hinders its widespread application in the hot working process. In this study, using a recently developed multilevel cellular automaton (MCA) that integrates the newly established cell switching rules and topology deformation technique, a novel mesoscale MCA-cDRX model was constructed to investigate the evolution of both microstructures and macroscopic mechanical response in the hot working of AA7075 aluminum alloy. By considering the evolution of dislocation density and the orientation angle of the local cells as the primary clues, the plastic flow, recrystallization kinetics, features of subgrain size and high-angle grain boundaries, and influence of initial matrix characteristics on the cDRX mechanism were analyzed. The model predictions are consistent with the experimental data. Quantitative analysis confirms that the incubation time for the initiation of subgrain formation is significantly short. The fine-grain matrix and high initial volume fraction of low-angle grain boundaries can significantly accelerate the progress of cDRX owing to a stronger accumulation of dislocations in the dislocation cell walls through the climb and cross-slip mechanisms in the deformed aluminum alloy. The subgrain size is dependent on the Zener-Hollomon parameter. The developed simulation framework offers an effective means to allow the visualization of the cDRX.



中文翻译:

连续动态再结晶过程中微观结构演化和塑性流动的耦合定量建模

连续动态再结晶 (cDRX) 在具有高堆垛层错能 (SFE) 的金属材料(例如铝合金)的热加工过程中主导微观结构演变。然而,在现实中,缺乏对过程的定量和可视化建模阻碍了其在热加工过程中的广泛应用。在这项研究中,使用最近开发的多级元胞自动机 (MCA),它集成了新建立的单元切换规则和拓扑变形技术,构建了一个新的中尺度 MCA-cDRX 模型,以研究在热环境中微观结构和宏观机械响应的演变。 AA7075铝合金加工。以位错密度的演变和局部晶胞的取向角为主要线索,研究了塑性流动、再结晶动力学、分析了亚晶粒尺寸和大角度晶界的特征,以及初始基体特征对cDRX机制的影响。模型预测与实验数据一致。定量分析证实,亚晶粒形成起始的孵育时间显着缩短。由于变形铝合金中通过爬升和交叉滑移机制在位错胞壁中位错的积累更强,因此细晶基体和低角度晶界的高初始体积分数可以显着加速cDRX的进展。亚晶粒大小取决于 Zener-Hollomon 参数。开发的模拟框架提供了一种有效的方法来实现 cDRX 的可视化。并分析了初始基质特性对cDRX机制的影响。模型预测与实验数据一致。定量分析证实,亚晶粒形成起始的孵育时间显着缩短。由于变形铝合金中通过爬升和交叉滑移机制在位错胞壁中位错的积累更强,因此细晶基体和低角度晶界的高初始体积分数可以显着加速cDRX的进展。亚晶粒大小取决于 Zener-Hollomon 参数。开发的模拟框架提供了一种有效的方法来实现 cDRX 的可视化。并分析了初始基质特性对cDRX机制的影响。模型预测与实验数据一致。定量分析证实,亚晶粒形成起始的孵育时间显着缩短。由于变形铝合金中通过爬升和交叉滑移机制在位错胞壁中位错的积累更强,因此细晶基体和低角度晶界的高初始体积分数可以显着加速cDRX的进展。亚晶粒大小取决于 Zener-Hollomon 参数。开发的模拟框架提供了一种有效的方法来实现 cDRX 的可视化。定量分析证实,亚晶粒形成起始的孵育时间显着缩短。由于变形铝合金中通过爬升和交叉滑移机制在位错胞壁中位错的积累更强,因此细晶基体和低角度晶界的高初始体积分数可以显着加速cDRX的进展。亚晶粒大小取决于 Zener-Hollomon 参数。开发的模拟框架提供了一种有效的方法来实现 cDRX 的可视化。定量分析证实,亚晶粒形成起始的孵育时间显着缩短。由于变形铝合金中通过爬升和交叉滑移机制在位错胞壁中位错的积累更强,因此细晶基体和低角度晶界的高初始体积分数可以显着加速cDRX的进展。亚晶粒大小取决于 Zener-Hollomon 参数。开发的模拟框架提供了一种有效的方法来实现 cDRX 的可视化。由于变形铝合金中通过爬升和交叉滑移机制在位错胞壁中位错的积累更强,因此细晶基体和低角度晶界的高初始体积分数可以显着加速cDRX的进展。亚晶粒大小取决于 Zener-Hollomon 参数。开发的模拟框架提供了一种有效的方法来实现 cDRX 的可视化。由于变形铝合金中通过爬升和交叉滑移机制在位错胞壁中位错的积累更强,因此细晶基体和低角度晶界的高初始体积分数可以显着加速cDRX的进展。亚晶粒大小取决于 Zener-Hollomon 参数。开发的模拟框架提供了一种有效的方法来实现 cDRX 的可视化。

更新日期:2022-07-06
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