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Numerical Simulation Driven Hot Working Technology for High-temperature Alloys
数值模拟驱动的高温合金热加工技术
模拟研究相对较少。LIU 等认为在金属热成型过程中，随着变形量的提高，基体
内的位错密度不断增长直至达到临界值，从而在基体中发生 LAGBs 迁移及亚晶
长大。并在此基础上首次提出了 2219 铝合金在热成型过程中的二维 CA 模型，
其流动应力曲线预测值与实验值具有较好的一致性，但该模型缺少对三维尺度上
晶粒拓扑变形的探究且没有考虑 Zener-Hollomon 变量的影响。为了解决这一问
题，CHEN 等首次建立了具有三维晶粒拓扑变形机制的多级元胞自动机（MCA）
模型用于模拟 7075 铝合金挤压后的基体的初始织构特征，并在一定的 Z 值范围
内对 CDRX 过程中的微观组织演化进行模拟分析，结果表明：①亚晶尺寸与 Z
值成反比，在一定范围内，随着 Z 值增大亚晶趋于多边化；②材料的初始状态
能够影响 CDRX 的动力学过程。其中，初始平均晶粒尺寸越小，再结晶百分比
越大；而初始 f LAGBs 值对 7075 铝合金的平均亚晶尺寸几乎没有影响，但高 f LAGBs
值能够促进亚晶形成以及 HAGBs 的形成；③ fHAGBs 具有饱和值，并且温度
对 f HAGBs 的影响显著低于应变速率。通过与相关文献的实验数据进行对比，发现
MCACDRX 模型预测值具有良好的准确性，为高 SFE 金属及合金在复杂变形条
件下的 CDRX 演化过程提供了可靠的分析方法。
（四）其他介观尺度的模拟方法
相场法起源于 20 世纪 70 年代，最初是为了模拟组织凝固过程，并逐渐在
其他组织演化过程，如结构相变、位错运动、枝晶生长，以及裂纹扩展中得到应
用。其核心思想是在统计物理学基础上，通过引入界面处急剧变化但连续的相场
变量—序参量，和其他跨界面区域连续的守恒和非守恒场变量来描述微结构，因
此是一种连续介观尺度模拟方法。场变量的时间和空间演化由 Cahn- 希利亚德非
线性扩散方程和 Allen-Cahn 弛豫方程控制。以基本的热力学和动力学信息为输
入，相场法可以预测任意形貌和复杂微结构的演化，而不需要显式地跟踪界面的
位置。FAN等采用扩散界面场模型研究了体积守恒型两相固体中的微观结构演化，
以及晶界宽度对晶粒生长的影响。YANG 等将多相场（MPF）模型和 K -M 位错
模型耦合，结合计算得到的 FSW 过程中温度和应变速率随时间的变化规律，对
6061 铝合金焊缝区域内的再结晶组织演化过程及晶粒尺寸进行了数值模拟，并
通过相同位置的 EBSD 数据验证了模型的可靠性。
水平集法（LS）由 OSHER 等首次提出，用于探索模拟移动边界，并在图像
处理、计算几何和计算流体力学等学科中广泛应用。与 PF 法相同，LS 法也可以
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