高强钢300M静态再结晶动力学研究

为研究高强钢300M静态再结晶行为,采用Gleeble-3800型热模拟试验机对300M钢进行单/双道次热压缩试验.通过双道次热压缩试验分析了变形温度、应变速率、变形量和初始晶粒尺寸对静态再结晶体积分数的影响.变形温度越高,应变速率越大,变形量越大,初始晶粒尺寸越小,则静态再结晶体积分数越大.其中变形温度、变形量和应变速率对静态再结晶体积分数影响较大,初始晶粒尺寸的影响相比较小.基于双道次热压缩试验结果建立了300M钢的静态再结晶体积分数模型,基于单道次热压缩试验结果建立了300M钢完全静态再结晶晶粒尺寸模型,并验证了静态再结晶体积分数模型的正确性.     

Nb-Ti微合金钢高温变形软化行为力学分析及析出物电镜分析

研究了Nb-Ti微合金钢高温变形时的软化行为和微合金钢动态和静态析出物的电镜分析.通过双道次恒应变速率压缩实验,从流变应力曲线用卸载法求出了不同热变形条件下的软化分数,并建立了静态再结晶、亚动态再结晶动力学模型,计算出静态再结晶、亚动态再结晶的表观激活能.同时,还对静态和动态析出行为进行了探讨,讨论了析出对软化行为的影响,并通过透射电子显微镜对析出物的形貌、大小、分布进行了观察,用衍射图谱进一步确定了析出物的成份.     

合金含量对热变形奥氏体组织演变的影响

建立了低合金和微合金钢奥氏体再结晶动力学模型,并采用单道次和双道次压缩实验来验证Si-Mn钢和Nb-V钢模型中的参数,实验结果证明了模型的准确性.将该模型应用于宝钢2050热轧生产线来预测奥氏体晶粒尺寸在热轧过程中的变化,以及每一道次流变应力.结果表明,添加低合金和微合金元素都能抑制再结晶的发生和晶粒长大,使流变应力增高.     

Static Recrystallization Behavior of SCM435 Steel

The static recrystallization behaviors in SCM435 steel were investigated by two-pass hot compression tests on MMS-200 thermosimulation machine. Effects of deformation temperature, strain rate,deformation degree and the initial austenite grain size on static softening were analyzed. The stress compensation method was used to calculate the static recrystallization. The kinetics model of the static recrystallization of SCM435 steel was established and the obtained activation energy for static recrystallization was 182. 8 kJ /mol. Results showed that within a certain time interval( 1-100 s),the static recrystallization fraction X of SCM435 steel increased as the deformation temperature,the deformation rate and the amount of deformation increased,and it decreased as the initial grain size increased and increased as the time interval increased.     

热轧中厚板显微组织和平均流变应力的预测与优化

在考虑动态、亚动态再结晶及静态再结晶的基础上,建立了Nb-V微合金钢物理冶金模型,并在线应用于中厚板热轧过程奥氏体再结晶、晶粒尺寸和流变应力的预测与控制.结果表明,对30 mm板材,待温温度900~950℃,待温厚度为成品厚度的2~2.7倍时,待温后采用中间冷却,奥氏体平均晶粒尺寸可以细化到30μm左右,同时残余应变在0.08~0.4的范围内.在平均流变应力模型中引入了晶粒尺寸和残余应变的影响,提高了精轧阶段的预测精度.     

相场法研究初始微结构对晶粒长大的影响

【目的】研究不同初始微结构对晶粒长大过程及生长动力学的影响。【方法】采用相场法(Phase Field)模拟二维多晶材料中正常晶粒长大及初态分别为柱状和梯度微结构的晶粒长大过程。【结果】正常晶粒长大的相对晶粒尺寸分布具有时间不变性的特点;柱状微结构的长宽比和梯度微结构的梯度指数均直接影响晶粒长大动力学,这两种初始微结构在演化过程中均向均匀等轴微结构转变。【结论】晶粒长大是大晶粒不断吞噬相邻小晶粒的过程;晶界曲率对晶粒长大过程有显著影响,曲率越大,晶粒长大越快。     

Ce元素对Mg-Gd-Y-Nd-Zr合金组织与热变形行为的影响

采用Gleeble-1500D热模拟机,对Mg-5.5Gd-4.5Y- 1Nd-xCe-1Zr(x=0和0.2％,质量分数)合金进行热压缩变形实验(实验温度为375～525℃,应变速率为0.01、0.1和1 s-1,最大变形量为50％),并对合金的塑性变形行为以及变形后的组织进行研究.研究结果表明:合金在变形温度为375℃、应变速率为0.01 s-1条件下开始发生动态再结晶;随着变形温度的升高或应变速率的降低,再结晶体积分数逐渐增加,再结晶晶粒粒径逐渐变大;添加Ce元素可提高再结晶体积分数,减小再结晶晶粒粒径;固溶过程中出现的“椭球状”Mg12Ce粒子对再结晶有粒子激发形核(PSN)作用;这2种合金在375～525℃下的变形表观激活能分别为191和212 kJ/mol.     

镁合金AZ31动态再结晶行为的取向成像分析

利用背散射电子衍射(EBSD)取向成像技术分析了具有不同初始织构的镁合金AZ31动态再结晶晶粒的取向特征以及与相邻的形变晶粒的取向关系.结果表明:不同初始织构以及不同应变量下动态再结晶新晶粒与形变晶粒的取向都相近,说明动态再结晶以连续方式进行,即亚晶转动方式.随形变量的增加,不同初始织构试样的晶粒都转向基面取向,但菊池带衬度图像显示大的形变晶粒内部很少有亚晶界存在并且菊池带质量高,说明塑性滑移机制仍在起很大作用但在靠近晶界处发生,形变晶粒是通过平行于压缩面方向剪切晶界而逐渐消失的.动态再结晶晶粒与相邻形变晶粒的取向差表明不同初始织构造成不同的取向差,但总的趋势是相同的.     

Ta-7.5％W在退火过程中的组织和织构演变

通过金相组织观察、透射电子显微镜(TEM)及显微硬度测试,研究冷轧变形量为95％的Ta-7.5％W合金箔材在1 050,1 200和1 360℃退火时的组织和性能变化,并采用取向密度函数(ODF)分析在此过程中其织构演变规律.对其实验结果进行研究发现:冷轧态Ta-7.5％W合金硬度为HV 300,经1 360℃退火后硬度迅速减小,说明此时合金已发生回复再结晶.轧制后的Ta-7.5％W合金箔材具有各向异性,在轧面∥{111}取向上形成位错胞亚结构,在轧面∥{100}取向上形成了形变带,冷轧态的主要织构为{001}〈110〉,{112} 〈110〉和{110}〈110〉织构;在1 200℃退火时,在轧面∥{111}取向上,再结晶通过亚晶界迁移、亚晶长大形核,而在轧面∥{100}取向上,主要是通过亚晶转动、聚合形核;{001}〈110〉织构增强,{112}〈110〉织构减弱;在1 360℃退火时,{001}〈110〉织构急剧减弱,{111}〈112〉织构增强.     

多晶体晶粒尺度三维组织建模及可视化

采用基于Monte Carlo Potts模型的仿真技术对单相多晶体各向同性晶粒组织进行了三维建模,利用OpenGL图形接口,在所建多晶体组织模型数据结构的基础上进而实现了三维可视化和任意角度观测,结果表明,所建几何图像模型可以很好地仿真预定细观组织结构参数的三维多晶体组织,不但满足模型化研究所要求的统计意义上的准确性,而且非常符合实际材料显微组织的多变性特征,可望用作细观尺度多晶材料加工过程数值模拟和细观力学计算的基本组织模型。     

0.95C—18W—4Cr—1V高速钢动态再结晶的数学模型

应用GLEEBLE-1500热模拟试验机测量了0.95C-18W-4Cr-1V高速钢的应力－应变曲线,由此得到加工硬化率－应变关系曲线,从而确定发生动态再结晶后的稳态应变εs.稳态应变随着变形温度的升高和应变速率的降低而下降;且随着应变速率的增加,温度的变化对稳态应变的影响逐渐减小.Zener-Holloman参数Z的变化对动态再结晶的临界应变影响较小,而对稳态应变的影响较大.回归分析得到0.95C-18W-4Cr-1V高速钢的动态再结晶的晶粒尺寸和体积分数的数学模型     

CA法模拟不同形核方式对再结晶的影响

在原有形核方式的基础上,提出了改进的位置过饱和形核和改进的恒定速率形核方式,利用元胞自动机方法(CA法),并利用Matlab开发工具,建立了形成较均匀核心的二维再结晶模型.研究了不同的形核方式、不同邻居类型和边界条件对再结晶动力学、晶粒形态及尺寸的影响.结果表明:形核方式对再结晶动力学影响较大,邻居类型对其影响不明显;采用ISS和ICR方式形核时,微观组织接近等轴状.且以ISS方式形核时,晶粒尺寸的分布最均匀.     

考虑粒子阻碍效应的再结晶元胞自动机模型

为了更合理地仿真第二相粒子材料的再结晶过程,在单相材料再结晶元胞自动机模型中引入Zener亚晶长大阻力和小粒子钉扎晶界的元胞取向转换规则,创建了细小的第二相粒子材料的再结晶元胞自动机模型,实现了铁素体钢板的再结晶退火过程仿真.结果表明:所建模型全面考虑了变温-回复、晶粒变形储能不均、亚晶异常长大形核机制和小粒子阻碍效应的综合影响,模拟的组织演变及其动力学分析揭示了与理论和实际相符的规律:小粒子尺寸越小、数量越多,再结晶抑制效应越强,再结晶的孕育期及过程越长.     

半固态铸造-叠轧深变形制备超细晶A2017合金

利用波浪型倾斜板半固态铸造和叠轧深变形的复合成形模式在等效应变为4.0的条件下制备出了平均晶粒为0.5μm的A2017合金超细晶材料.随着叠轧道次的增加,合金的维氏硬度先增后降,随后缓慢增加.在一定的退火温度下合金组织由亚稳定态向稳定态转变,在200℃保温1 h,晶粒生长比较缓慢,在退火温度高于200℃时晶粒变化明显;随着退火温度的升高,合金组织发生回复与再结晶过程,合金加工硬化逐渐消失,合金的维氏硬度降低.     

基于元胞自动机的30CrMo钢动态再结晶组织演变规律研究

根据30CrMo钢的热模拟实验数据,建立了基于动态再结晶物理机制的位错密度、形核率及晶粒长大模型,并采用元胞自动机(CA)方法模拟了30CrMo钢在不同温度及应变速率下的微观组织演变规律。结果显示,通过CA方法模拟得到30CrMo钢的流变应力曲线及平均晶粒尺寸均与实验值吻合较好,所建模型的有效性和准确性得到验证。当应变速率一定时,变形温度越高越利于动态再结晶的充分进行,稳态下晶粒尺寸相对较大;而当变形温度一定时,高应变速率条件下材料的形核率较大,再结晶晶粒较细小。     

含铌微合金钢的再结晶组织演化模拟

建立了热轧时流变应力、回复、再结晶及析出的物理冶金模型,用于计算轧制时位错密度变化、再结晶形核、再结晶晶粒长大以及粒子析出等. 结果表明,模型对含铌微合金钢在不同的热轧形变条件下模拟结果与实验值符合较好,可以有效预测在不同热轧形变条件下的再结晶体积分数与再结晶晶粒大小. 模型包含基本冶金现象的描述,原则上通过调整材料基本参数,可以运用于不同的钢种.     

Al2O3衬底上多晶硅薄膜的外延和区熔再结晶

研究了陶瓷衬底上多晶硅薄膜的生长和区熔再结晶.利用快速热化学气相沉积(RTCVD)方法,在低成本的Al2O3衬底上沉积了重掺杂的致密多晶硅薄膜,薄膜的晶粒尺寸在微米级.经区熔再结晶(ZMR)后,薄膜的晶粒尺寸有了较大的提高,而且迁移率较高,这样的薄膜可以用作晶体硅薄膜太阳电池的籽晶层.最大的晶粒达到毫米量级,空穴迁移率超过50 cm2·V-1·s-1.在籽晶层上外延的活性层形貌与此类似.这些结果显示这种薄膜在光伏应用方面有较大的潜力.     

三维复合材料微结构的力学响应分析

复合材料的力学响应数值计算对于多元多向异质体材料微结构的"性能导向型"设计、材料微结构失效的评估与预测具有重要的意义.利用自主开发的材料微观组织结构仿真软件ProDesign构造出三维复合材料微结构的代表性体积单元,通过C语言、Python脚本混合编程的方式,实现对商业有限元软件ABAQUS前处理的二次开发,使之用于复合材料微结构几何模型的建立、材料属性与晶粒取向的赋值、边界条件的定义以及有限元网格的划分,从而有效地实现三维复合材料微结构的细观应力响应计算.     

6082铝合金摩擦塞补焊接头焊核区晶体特征

为降低对设备要求,在填充式搅拌摩擦焊匙孔修复技术的基础上,采用摩擦辅助加热的方法对6082铝合金匙孔类体积型缺陷进行了摩擦塞补焊试验,得到了成形良好的塞补焊接头.对接头焊核区进行EBSD分析.结果表明:晶粒细化显著,存在明显择优取向.塞棒转速由1 800 r/min增加至2 000 r/min,晶粒形状由等轴晶转变为线锤状,平均晶粒尺寸增大,大角度晶界组分略有降低;焊核区存在变形、剪切及再结晶混合织构,再结晶织构组分随转速增加而增加,由速度增加对变形速率产生的影响降低,相应地由速度增加对再结晶所产生的影响被强化.     

Ti微合金化汽车大梁钢510L动态再结晶行为

采用单道次压缩实验和阶梯试样热轧-淬火实验研究了低成本的Ti微合金化汽车大梁钢510L的动态再结晶行为.结果表明,应变速率为0.1s^-1时,变形温度为850~1050℃时均发生动态再结晶,应变速率为0.2s^-1时,只有在变形温度高于950℃时发生动态再结晶.变形温度的升高和变形量的增大会逐渐细化奥氏体晶粒,并使再结晶体积分数趋于增大.回归得到实验钢的动态再结晶激活能仅为211.43kJ/mol,说明Ti的添加几乎没有抑制高温奥氏体的动态再结晶,并建立了动态再结晶临界应变模型和动力学模型.