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鍛造過程晶粒預測

晶粒尺寸在金屬成型製程中是非常重要的一個品質指標,因為晶界的多寡直接影響材料的機械性質,多數的工廠擁有晶相儀器設備可以確認產品的晶粒尺寸,但無法直接確定晶粒尺寸的影響因素為何,晶粒微結構的發展大致分為三大行為:

  1. 成核
  2. 再結晶(包括動態/亞動態/靜態再結晶,分類甚至還有連續或不連續動態再結晶)
  3. 晶粒成長長大

上述的三種行為,又有各自不同的成因,因此金屬成型的過程,成核、再結晶及晶粒長大,多是連續且反覆地發生。

目前市面上的鍛造模擬軟體,多半有微結構模組功能可以使用,其使用的方法主要有兩種:

  1. YADA 模型
  2. Sellars 模型

兩者皆屬於唯象理論模型,與實際實驗比對容易存在較大的差異性,除了需要許多材料參數外,參數取得的難度也非常高。

FORGE® 中使用的為JMAK法(Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov Method),此為新的材料數學模型,用於描述晶粒微結構的發展變化,相較YADA與Sellars模型,一般而言有較高的準確性與泛用性,且需要的實驗數據相對前述兩個模型較易取得。

DIGIMU® 則是以材料本身特性去測定模型化為出發的方式,考量成型或熱處理過成晶粒的能量儲存、晶界能、遷移速率以及成核、成長等等進行精確計算得到高準確度之晶粒發展過程。

以標準的成型製程,建議使用JMAK模型快速取得鍛造過程之平均等效晶粒尺寸預測,得知鍛品的晶粒趨勢後,再進一步針對需要確認之重要區域(例如汽車動力傳動件上的主要受力區),使用DIGIMU®做細部的模擬預測,以達到精確計算。