材料凝固时晶粒生长-粗化的二维元胞自动机模型

建立了模拟凝固进行时晶粒成核、生长与粗化过程以及凝固完成后晶粒粗化过程的二维元胞自动机模型,模型中将原子在固/液界面、晶界面的迁移过程以概率的方式表现在元胞网格演化的规则中.模拟结果表明,所建立的模型可以合理地描述晶粒在凝固过程中的生长-粗化过程.应用本模型分析了冷却率、结晶取向数、温度等因素对于晶粒微观结构演化的影响.研究结果表明:大冷却率有助于得到细小的晶粒;当结晶取向数大时晶粒较小;保温温度低会抑制晶粒粗化.     

钒和金纳米晶体晶粒长大临界温度的“尺寸—形状”模型

处于亚稳态的纳米晶体中晶粒在一定临界温度开始长大变为粗晶,该临界温度依赖晶粒中原子迁移所需的能量.根据纳米晶体中晶粒长大的微观过程以及晶粒中原子迁移能量状态与晶粒尺寸、形状的相关性,建立了计算纳米晶粒长大临界温度的"尺寸—形状"模型.基于该模型计算了钒和金纳米晶体中晶粒长大的临界温度,结果表明纳米晶粒长大的临界温度随晶粒尺寸的减少而降低,并且与晶粒形状相关,表现了明显的"尺寸—形状"效应.该理论模型计算结果与实验结果相吻合.     

取向硅钢中高斯晶粒异常长大选择性行为

对CGO取向硅钢二次再结晶中断实验进行了研究,发现二次再结晶升温过程中,仅在异常长大开始前,高斯晶粒尺寸明显大于其他晶粒,且不同取向晶粒的数量与脱碳退火时的特征一致.高斯晶粒晶界上MnS等抑制剂的优先粗化使高斯晶粒能够率先发生异常长大,且只有晶界弯曲严重或经过很小的生长几个晶粒就能合并的高斯晶粒才能成为二次晶核.在高斯晶粒异常长大过程中,晶界形貌参差不齐,呈岛屿状.研究表明:高斯晶粒独特的生长方式,可能是使二次再结晶能很快完成的原因.     

热输入对430铁素体不锈钢热影响区组织和韧性的影响

430铁素体不锈钢在焊接时,热影响区晶粒粗化会使接头韧性下降.利用热模拟技术和焊剂带约束电弧超窄间隙焊接方法对430铁素体不锈钢进行试验,得到不同热输入下粗晶区的组织,并测试其韧性性能.结果表明:当热输入低于3kJ/cm时,粗晶区组织主要为板条贝氏体和少量针状铁素体,铁素体晶粒尺寸小于48μm,室温冲击功与母材相当.铁素体晶粒不断长大是造成冲击韧性下降的主要原因.采用超窄间隙焊接方法,可以有效缩短高温停留时间,将铁素体晶粒尺寸限制在50μm以内,从而使韧脆转变温度降低至约-30℃,避免粗晶区韧性下降.     

焊后多次正火对超细晶粒钢热影响区组织与硬度的影响

为研究400 MPa级超细晶粒钢焊接接头热影响区粗晶区的晶粒细化行为,对其空冷与水冷接头均进行了3次焊后正火热处理.组织观察表明:第1次正火后粗晶区晶粒明显细化,但细晶区和母材区的晶粒均比正火前的稍微粗大,第2次与第3次正火并不能进一步细化晶粒;冷却条件对热影响区组织的影响并不十分显著.显微硬度测试表明:第1次正火使接头硬度大幅度降低,甚至低于母材的原始硬度,后续正火对硬度的影响较小;在所有试样中,仅水冷接头第1次正火后的热影响区硬度与原始母材及母材区的硬度接近.由于焊后多次正火并不能使热影响区晶粒进一步细化,反而使其有粗化与软化的趋势,故应避免焊后多次正火处理.     

一种低焊接裂纹敏感性钢的奥氏体粗化温度研究

通过高温淬火试验观察试验钢奥氏体晶粒尺寸的变化情况.结合金相和TEM观察、显微硬度和第二相粒子的溶解度积公式分析了加热温度和保温时间对试验钢奥氏体晶粒粗化温度、第二相粒子的溶解情况以及显微硬度值的影响.结果表明:试验钢的奥氏体粗化温度在1200℃附近.当加热温度低于1200℃时,大量细小的第二相粒子阻碍奥氏体晶粒粗化;当加热温度高于1200℃时,细小的第二相粒子溶解,奥氏体晶粒出现异常长大.确定试验钢的合理加热温度为1150～1200℃,在此范围内可获得淬火组织的显微硬度值低于HV330.     

超超临界机组叶片钢KT5331晶粒长大行为

通过在不同温度下等温奥氏体化,研究KT5331钢奥氏体晶粒长大行为,并探讨析出相对奥氏体晶粒长大行为的影响机理. 研究表明,KT5331钢奥氏体晶粒长大可分为三个阶段:1075℃以下,由于含W和Nb的析出相钉扎作用,晶粒长大缓慢;1075℃以上,含W和Nb的析出相溶解,钉扎作用减弱,随加热温度和保温时间延长晶粒迅速长大;1225℃及以上,δ铁素体析出,晶粒尺寸随加热温度升高而急剧减小. 通过拟合分别得到晶粒粗化温度以下( 950~1075℃)和晶粒粗化温度以上(1100~1200℃)的晶粒长大模型.     

2Cr13钢调质后奥氏体粗晶遗传及其对性能的影响

本文对汽轮机末级叶片钢2Cr13粗晶马氏体在重新加热淬火后的粗晶遗传现象进行了研究,观察了在奥氏体化时恒温形成的动力学和组织结构。讨论了在相变区的加热速度、奥氏体化温度及保温时间对奥氏体晶粒的影响。研究表明,调质后粗晶奥氏体的遗传现象,是由于沿原奥氏体晶界碳化物偏聚析出的结果。还讨论了奥氏体晶粒度对调质后力学性能的影响,扫描及透射电镜观察结果表明,调质后的力学性能,主要取决于钢中碳化物的分布及尺寸。     

H型钢粗轧道次工艺过程数值分析

以中型H型钢粗轧道次工艺过程为研究对象,通过热模拟实验建立了Q235流变应力模型,并选择某11道次典型规格H型钢的粗轧过程进行仿真研究,对轧制过程中轧制力及奥氏体晶粒尺寸变化进行了分析,结果表明：粗轧轧制力仿真结果和现场实测数据具有较高的吻合度;此外,粗轧过程能够有效细化腹板处晶粒,但芯部及翼缘晶粒细化不明显,因此其晶粒的细化必须依靠后续精轧过程实现。     

工艺参数对棒材粗轧过程晶粒尺寸影响模拟

利用商业有限元分析软件MSC．Marc,建立了轴承钢GCr15棒材六道次粗轧过程的三维有限元模型．借助MSC．Marc的二次开发功能,将轴承钢GCr15的微观组织演变模型与棒材粗轧过程的热力耦合有限元模型相结合,模拟了不同工艺参数下奥氏体晶粒尺寸的演变过程．模拟结果表明,粗轧过程中轧件中心奥氏体的晶粒尺寸随着轧制温度的升高而增大;轧制速度对晶粒尺寸的演交基本没有影响;初始晶粒尺寸和轧辊辊缝的大小对奥氏体晶粒尺寸的演变过程有一定影响,但对六道次粗轧后的晶粒尺寸影响不大．实际工艺参数下模拟得到的轧件内部晶粒尺寸与实测值吻合较好．     

滚压诱导超细晶纯铁表层及其耐腐蚀性能

通过一种新型表面自纳米化方法——剧烈塑性滚柱滚压(SPRB),在纯铁表面成功制备出最小晶粒尺寸约300 nm的梯度超细晶结构.利用电化学方法,结合透射电镜、X射线衍射、扫描电镜等对这种材料的表面微观组织结构及腐蚀性能进行研究,结果表明:与粗晶铁相比,超细晶纯铁最表层硬度提高1.6倍以上,表层形成较强面织构,表层微观应变为(0.313±0.017)%;超细晶纯铁在3.5%Na Cl溶液中的自腐蚀电位相对于粗晶铁的正向移动24 m V,腐蚀电流密度从粗晶铁的2.371×10-5A/cm2降低到超细晶的7.547×10-8A/cm2;超细晶纯铁在6%Fe Cl3溶液中的点蚀腐蚀速度约为粗晶铁的一半;超细晶纯铁的耐腐蚀性能与粗晶铁相比有显著的提高,表层晶粒的细化和滚压形成的强织构是超细晶纯铁耐腐蚀性能提高的原因.     

低过冷度下单相合金凝固组织的细化与重新长大

通过改变试样质量和冷却规范,研究了过冷Cu-30％Ni(原子分数)单相合金在不同凝固时间下的组织转变规律.在实验所选择的几秒到数分的凝固时间内,均于较低的过冷度范围和高过冷度下观察到了粗大树枝晶向细小等轴晶的转变.延长凝固时间,晶粒发生细化的两个过冷度区间扩大.对低过冷度下细化组织进行的考察表明.快速凝固刚结束时,细化晶粒仍具有树枝晶的特征,随缓凝阶段持续时间的延长,晶粒逐步蜕化为球状晶和蠕虫状晶,与此同时,晶粒度以幂函数规律重新增大.过冷熔体快速凝固使初生固相含有过饱和的低熔点组元以及较多的晶体缺陷.最终导致快速凝固结束后形成的细小晶粒在缓凝阶段的重新粗化速度明显快于正常凝固过程中晶体的粗化速度.     

20Cr2Ni4A钢混晶机理的初步研究

本文研究了不同铝含量的20Cr_2Ni_4A 钢奥氏体晶粒长大过程。实验结果表明,本质晶粒度检验中出现混晶与否决定于奥氏体晶粒的粗化温度,而粗化温度的高低又主要受控于钢中的 AIN 相的大小、数量和分布。此外,恒温延时实验结果还表明:在930℃下保温3小时后,继续延长保温时间达100小时,并不发生晶粒长大过程。     

铈对AZ31镁合金铸态组织的影响

研究了Ce对AZ31镁合金铸态组织的影响.研究结果表明:添加0.5～1.5 wt%Ce到AZ31镁合金中不但不能细化舍金的晶粒,反而使合金的晶粒变得粗大,并且粗化趋势受Ce加入量的影响较大.当添加0.5 wt%Ce到AZ31镁合金中后,合金的平均晶粒尺寸从最初的60靘增大到164靘.此后,随着Ce加入量从0.5 wt%增加到1.5 wt%,合金的平均晶粒尺寸又开始逐渐减小,但仍大于未添加Ce合金的平均晶粒尺寸.     

IN718合金多步锻造过程中微观组织演变数值模拟

为研究多步锻造过程中工艺参数对大锻件微观组织演变的影响,将再结晶模型和晶粒长大模型加入到模拟软件中,实现了金属高温塑性变形-传热-微观组织演变的耦合.采用数值模拟的方法,研究始锻温度、压下量和空冷时间对多步锻造过程中IN718合金微观组织演变的影响.结果表明,在多步锻造过程中,始锻温度和变形量对微观组织演变影响显著,空冷温度决定了晶粒尺寸大小,而空冷时间对晶粒尺寸影响较小,长时间空冷不会造成晶粒明显粗化.     

X-60微合金钢的焊接接头韧性

利用光学显微镜、金属薄膜TEM分析、电子显微分析、CHARPY冲击试验和COD试验,研究了X-60钢的CG-HAZ组织中第二相粒子行为以及焊接接头韧性.结果表明,细小弥散的第二相粒子能有效地阻碍焊接热影响区粗晶区的原奥氏体晶粒长大,改善该区域的韧性.不同的800～500℃冷却时间,第二相粒子在热循环过程中溶解、粗化以及再析出行为不同,因而其阻碍奥氏体晶粒长大的能力也不同.t8/5由10s增大到70s时,CG-HAZ显微组织由上贝氏体+粒状贝氏体转变为粒状贝氏体,且奥氏体晶粒尺寸稍有长大,因此其韧性略有下降.     

WC晶粒度不同的双层硬质合金中的梯度结构

以晶粒度不同的2种WC粉末为原料,制备双层硬质合金试样.研究结果表明:在试样的层界面附近,出现过渡显微组织,其WC晶粒度、硬度呈现梯度分布,细晶层一侧的WC晶粒粗化,Co相平均自由程增大,硬度下降;粗晶层一侧的硬度上升;合金两侧的WC颗粒均处于非平衡状态.液相烧结时,界面两侧都有从外界吸入液态钴相以便使WC颗粒达到平衡状态的趋势,由于溶解-析出机制的作用,细晶侧的WC颗粒溶解后通过界面在粗晶侧的WC颗粒上析出,从而使粗晶侧的WC长大并达到平衡状态;与粗晶侧的WC相比,细晶侧的WC颗粒处于更加不稳定的状态,因此,粗晶侧的液态钴相流向细晶侧,使细晶侧的WC骨架发生重组而达到稳定状态.     

高能球磨-热压烧结制备定向排布板状WC硬质合金

采用高能球磨辅助特殊的热压烧结工艺制取定向排布板状WC硬质合金,研究了烧结温度和球磨时间对板状WC晶粒形成及其定向排布的影响.研究结果表明:烧结温度越高,越有利于晶粒粗化,形成大块板状WC晶粒;高能球磨中引入的缺陷是促进WC晶粒长径比提高的主要原因;WC晶粒的均匀性、粒径和长径比是影响其定向排布的主要因素.制备定向排布板状WC硬质合金是同时提高硬质合金硬度和韧性的有效方法.     

锌镀层的显微结构与机械性能

本工作研究从碱性锌酸盐镀液得到的锌镀层显微结构、脆性和内应力.实验结果表明,锌镀层一艘呈特有的纤维状组织,如果镀液含有有机络合剂,镀层的晶粒粗,脆性小;而当镀液中有环氧胺系合成添加剂存在时,镀层晶粒相对较细,且容易呈现层状结构,脆性增大;要是同时添加增光剂茴香醛,测镀层平整,但分层更厉害,脆性也更大。     

原位观察TiN粒子对低合金高强度钢模拟焊接热影响区粗晶区晶粒细化作用

采用高温激光共聚焦显微镜原位观察和电子背散射衍射技术研究TiN粒子在低合金高强度钢模拟大线能量焊接热循环过程中晶粒细化效果。研究发现合理的Ti和N含量能形成大量细小弥散分布的纳米级TiN粒子,在焊接热循环过程中有效钉扎热影响区粗晶区奥氏体晶界,抑制晶粒粗化。同时,TiN附着在Al2 O3表面析出,在冷却过程中有效促进针状铁素体形核,得到有效晶粒尺寸非常细小的由少量针状铁素体和大量贝氏体构成的复合组织。