晶粒尺寸效应对铜极薄带轧制变形机制影响的模拟.pdf

第 28 卷第 11 期 中国有色金属学报 2018 年 11 月 Volume 28 Number 11 The Chinese Journal of Nonferrous Metals November 2018 DOI ：10.19476/j.ysxb.1004.0609.2018.11.08 晶粒尺寸效应对铜极薄带 轧制变形机制影响的模拟研究 1, 2 2 1 1 3 陈守东 ，卢日环 ，孙 建 ，李 杰 ，张 可 (1. 铜陵学院 机械工程学院，铜陵 244061 ； 2. 东北大学 轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，沈阳 110819 ； 3. 安徽工业大学 冶金工程学院，马鞍山 243032) 摘 要：采用退火态轧制铜箔为原料，进行晶粒尺寸效应的箔轧实验和晶体塑性有限元模拟。基于率相关晶体塑 性理论，开发用户材料子程序(UMAT)，建立轧制铜极薄带的晶体塑性有限元模型，改进Voronoi 图种子生成的随 机性，建立反映晶粒形貌、晶界不规则性的多晶极薄带几何模型，并编写赋予多晶取向的算法，用以控制多晶取 向及织构分布，研究晶粒尺寸效应对其变形机制的影响。结果表明：在铜极薄带中尺寸较小晶粒中产生的剪切带 相对于尺寸较大晶粒中产生的要均匀，可较好地减小变形局部化；不同晶粒尺寸铜极薄带的滑移系启动和累积滑 移存在显著差异，启动的滑移系随晶粒尺寸的减小而增多；表层晶粒和内部晶粒的约束差异导致变形后晶粒取向 主要绕横向(TD)进行旋转，旋转角度和极点分散度随晶粒平均尺寸的减小而减小。箔轧实验和模拟得到的轧制 力− 晶粒尺寸曲线基本一致，即晶粒取向对轧制力的影响随晶粒平均尺寸的减小而减弱。 关键词：极薄带轧制；多晶模型；晶体塑性有限元；晶粒尺寸效应 文章编号：1004-0609(2018)-11-2233-09 中图分类号：TG335.5 文献标志码：A 随着微型化的发展，试样的外观尺寸逐渐达到材 多晶材料的模型主要采用六边形[1−2]或是每个有限元 料晶粒尺寸相同的等级。工件尺寸减小到某一门槛值 单元[3−5]来代表晶粒，不能反映晶界的不规则性和晶粒 后，材料的应力应变关系、组织性能、摩擦因数等在 形貌的随机性。采用 Poisson-Voronoi 图生成的多晶模 塑性成形过程中呈现出与常规尺寸工件不同的特点， 型，每四条边交于一个顶点，每三个面交于一条边，