基于MEDC模型的钛合金热处理相变模拟

DEFORM MEDC（Microstructure Evolution During Cooling）模型可应用于钛合金的热处理冷却过程相变分析，其目的是模拟双相α和β 在Ti6-4合金冷却过程中的显微组织演化，以预测转变织构。根据变异选择规则，MEDC模型预测了初生α相晶粒尺寸、初生α、β相和次生α相的体积分数，并根据变量选择规则从β转化为次生α相的织构。

在DEFORM中实现了两个变量选择规则，即随机变体选择和首选变量选择规则，以最佳匹配初生α相的极图。织构可以在罗德里格斯空间或欧拉空间中表示。MEDC模型的输入数据包括MEDC模拟控制数据、材料定义、从β相到初生α和β到次生α的相变数据、初始织构、α和β相的初始体积分数以及初始的初生α相晶粒尺寸。对于DEFORM数据库中保存的每个步骤，输出数据包括上述微观结构特征。此分析技术提供了织构分析工具，如极图、反极图和HCP晶体的Kearns数，特别是对于总α相的统计。

该模型可以在完成变形织构模型后运行，也可以使用已知或假定的变形织构作为独立的变形织构模型运行。在变形纹理模型完成计算后，可以运行MEDC模型，从而将预测的变形织构作为初始织构输入到MEDC模型中。如果MEDC被用作一个独立的模型来预测变形织构，而没有任何先前的变形织构模型结果，那么用户可以使用一个典型的DEFORM热处理数据库以及测量的变形织构(EBSD)或假定的变形织构数据作为MEDC模型的初始织构。

DEFORM能够进行α+β相及亚稳β相的热处理冷却过程（淬火及空冷或炉冷）β向初生α相、β向次生α相的转变，从而有利于控制热处理相成分的最终转变量及相尺寸。

钛合金热处理相变主要是相的同素异构转变，DEFORM中具有HCP密排六方、BCC体心立方及FCC面心立方晶体结构类型及罗德里格斯和欧拉角织构类型，能够模拟α相、β相间的晶体织构转变，反映β相（BCC）向初生α相和次生α相（HCP）的晶体转变。

织构晶体类型定义

在两相转变模型中，MEDC模型具备冷却过程β相向初生α相转变体积分数及尺寸变化的驱动力模型，此驱动力模型基于钒或铝元素扩散。通过定义扩散控制元素在平衡状态下的相成分，输入数据包括：(1)扩散控制元素的平均浓度（V）；(2）温度值；（3）不同温度下平衡状态化学成分，用Cp和Ci进行定义。Cp表示初始α相中扩散控制元素的浓度，而Ci则是β相温度元素浓度。对于典型的Ti-6Al-4V合金，β向α相采用MEDC模型，转变驱动力参数可通过下图进行定义。

MEDC模型参数定义

β向次生α相转变驱动力采用 “二次α板条-基于临界冷却速率” 模型进行定义。该模型计算了二次α形成的临界冷却速率，以及β和二次α体积分数的演化。从固溶温度定义二次α生长的起始温度（Ts）和时间（t）线被定义为:

Tβ是β转变温度。二次α体积分数计算为:

其中Te是转变完成时的温度，而Vr是初生α相平衡分数。

二次α相转变驱动力模型

DEFORM采用点求解器计算钛合金产品在不同位置的相变情况，由于相织构类型的差异，需要定义不同类型织构的材料轴、ODF取向分布函数及初始初生α相和β相的体积分数，初生α相晶粒尺寸。ODF可选择EBSD或XRD相图获取相关取向数据。

ODF数据定义

通过钛合金热处理冷却过程模拟计算，能够获取热处理后多种相转变模拟结果数据曲线，包括温度、初生α相尺寸、初生α相体积分数、β相体积分数、二次α相体积分数、总α相体积分数、二次α相开始温度、二次α相形成的临界冷却率等。

各转变结果及相变-时间曲线图

在织构转变方面，能够显示ODF云图、极图、反极图，以及HCP晶体结构的Kearns数。

初生α相、二次α相、β相及总α相极图