桑迪亚国家实验室的研究人员Lisa Deibler和Arthur Brown在他们的计算机建模工作中遇到了一个现成的问题，当他们与国家核安全管理局的堪萨斯城工厂合作改进不锈钢管时，这些不锈钢管很难满足核武器的要求。
桑迪亚国家实验室的研究员丽莎·德布勒(Lisa Deibler)握着一个管状标本，准备把它装入她身后的热机械实验系统。她和加州桑迪亚公司的亚瑟·布朗(Arthur Brown)一起开发了一种模拟退火过程，以软化对工作要求来说太硬的油管。(兰迪·蒙托亚拍摄)
当钢太硬时，它就会变脆，所以这家工厂最后换了新的钢管。不过，Deibler表示，KCP需要一个备份，以防在最后期限前无法及时找到替换人员。
桑迪亚的模型，加上实验，允许快速设计退火过程软化管，同时保持金属的理想结构。该模型预测了工艺变化对微观组织的影响，这提高了研究人员对热处理能生产出符合规格的零件的信心。
布朗是桑迪亚在加州利弗莫尔的一名模型师，他说，该模型的研究是一个更大项目的自然延伸，该项目由桑迪亚的核武器项目支持，名为预测性能边际。在这个项目下，众多的桑迪亚研究人员正在研究微观结构在不同尺度下影响材料性能的方式。欧洲杯足球竞彩Brown作为一个团队的成员参与了这个项目，该团队开发了一种热机械建模工具，用于预测锻造过程中微观组织和其他性能的变化。这导致了他与Deibler和Joe Puskar(她在桑迪亚的技术顾问)在焊接热剖面上的合作。
Brown说，当需要解决油管问题时，Puskar联系了Brown，看他能否与Deibler合作，帮助优化热处理。
实验，建模一起工作
Deibler是位于阿尔伯克基的Sandia材料表征和性能部门的博士后，他提供了布朗输入不锈欧洲杯足球竞彩钢再结晶模型的实验数据。再结晶是在退火过程中发生的，在退火过程中，变形的微观组织中的晶粒被无应变的晶粒所取代。热使金属变软，韧性更强。
Deibler和Brown能够解决工厂的实际问题，因为再结晶是退火过程的一部分。因为模型已经存在，所以他们能够快速完成。
Deibler的实验表明，建立两种软化机制的模型是很重要的，即恢复和再结晶。当材料加热和软化时，恢复首先发生在微结构内。通过测量每次热处理后的硬度和再结晶量，该团队确定了有多少软化是由于恢复。
Deibler说:“建模这两种软化机制是很重要的，因为我们看到的微观结构不包含新的再结晶晶粒，但与初始变形材料相比，它们的性能发生了变化。”“由于没有考虑恢复的影响，我们的模型无法预测为什么这些特性与最初变形的材料不同。添加回复率使我们能够在没有再结晶的情况下考虑微观组织性能的变化。”
在桑迪亚2012年冬季博士后技术展示会上，她在一张名为“热处理软化不锈钢管的设计”的海报上描述了这项工作。
加热炉实验形成基线
团队首先为模型开发了一个基线。Deibler对钢管进行了热实验，因为她不知道钢管是在什么条件下制造的。她回忆说，这种努力需要“在全国各地运输大量管材进行各种热处理”。
她把油管样品放在Sandia的热-机械实验系统中，在不同的温度下进行不同长度的时间。然后，她对管材进行切片、抛光和蚀刻，并分析图像，看看有多少微观结构重新结晶。布朗用模型拟合她的数据来模拟不同的热处理过程。
模拟还需要关于管道将被软化的熔炉的细节。Deibler说，快速加热炉子往往会超过预期的温度，因此研究小组使用这个模型来确定是快速加热炉子还是缓慢提高炉子到正确的温度更好。一旦Brown确定了最佳的升温速率和其他因素，KCP的技术人员就会在炉内装上油管，并测量炉内几个位置的温度。然后，Brown将这些剖面通过模型进行分析，从而预测温度变化对油管最终性能的影响。
考虑锻造、焊接的计算机模型
研究人员希望这个模型能同时处理锻造和焊接，因为在某些方面，这两个过程是相互矛盾的。锻造钢使其具有很强的微观结构，但焊接增加的热量会破坏这些性能。“所以，如果你能够对这个过程建模，就会在整体建模中提供更多的信心，他们的部分不会失败，”Deibler说。
在未来，研究人员希望将该模型用于桑迪亚的各种焊接:激光焊接、电阻焊接和气体保护钨极电弧焊。焊接的类型因其热速率而异，热速率是指物体被加热的速度。
Deibler说:“观察不同的加热和冷却速率如何影响焊接过程中的微观组织将给我们提供有价值的信息。”
来源:http://www.sandia.gov/