异常晶粒长大的Monte Carlo模拟

采用作者提出的Monte Carlo Potts新模型，模拟研究了高纯铝在各向异性晶界能和晶界迁移率条件下晶粒长大的组织、动力学和晶粒尺寸分布特征，揭示初始组织织构强度对异常晶粒长大的影响规律。结果表明：各向异性晶界能和晶界迁移率使晶粒尺寸不均匀、形状不规则，降低了晶粒长大指数，晶粒尺寸分布偏离对数正态分布；异常晶粒长大只出现在中等强度的织构组织中，而不会在太强或太弱织构组织中出现。理论分析认为各向异性晶界能和晶界迁移率是异常晶粒长大的内因，织构是引起异常晶粒长大的外因，其强度决定了异常晶粒长大是否出现。     

含第二相颗粒的晶粒长大过程相场法

第二相颗粒对晶界有很强的钉扎作用,大量第二相颗粒的存在将影响系统正常的晶粒长大过程.本文采用相场法研究了第二相颗粒尺寸大小和体积分数对晶粒长大过程的影响.模拟结果表明第二相颗粒体积分数越大,对晶界的钉扎作用越强,稳态时晶粒尺寸越小.第二相颗粒体积分数达到一定范围时可能发生个别晶粒的异常长大.单个第二相颗粒尺寸越大,其对晶界钉扎作用越强,但当体积分数一定时第二相颗粒尺寸越小,总的钉扎效果越强,最终系统的晶粒尺寸越小.通过相场模拟获得了极限晶粒尺寸与第二相颗粒参数的定量关系,相场模拟结果与实验结果和Monte Carlo 模拟结果相符合.     

430冷轧带钢退火过程的晶粒长大及其对织构的影响

试验研究了430不锈钢冷轧带钢等温退火过程中的晶粒长大规律及其对再结晶织构的影响。利用截线法测量了不同退火情况下的晶粒尺寸,并对其演变规律进行了定量分析;通过ODF图来分析晶粒长大过程中薄板内部晶粒宏观取向的变化。研究发现,低于850 ℃晶粒长大不明显; 875 ℃时晶粒长大较为明显,其长大过程主要集中在30 min时间;890 ℃退火长时间保温后冷却,材料内有马氏体生成;建立了430铁素体不锈钢晶粒长大动力学方程,晶粒长大指数和激活能分别为8.44和531.54 kJ/mol;晶粒长大过程储能较高的织构体积分数减弱,而储能较低的织构体积分数则变强。     

凝固过程中椭圆形颗粒对晶粒生长影响的相场法模拟

用相场法模拟了凝固过程中椭圆形钉扎颗粒对晶粒长大的影响,考虑了不同长短轴比下的椭圆形颗粒对单位面积内晶粒数目、晶粒平均半径、晶粒尺寸分布以及晶粒所占面积分数的影响.结果表明,长短轴之比越小(短轴越长),颗粒对晶粒的钉扎作用就越弱,晶粒数目会越少,晶粒所占的面积分数会越来越大,平均晶粒尺寸也会越来越大,晶粒尺寸分布会越来越不均匀,发生晶粒异常长大的几率就会越来越大.     

相场方法研究硬质颗粒钉扎的两相晶粒长大过程

采用相场方法模拟第三相颗粒钉扎的两相耦合的晶粒长大过程,系统地研究了第三相颗粒体积分数和尺寸大小对两相晶粒长大过程的影响.模拟结果表明,第三相颗粒体积分数越大,对晶界的钉扎作用越强,且极限晶粒尺寸越小.单个第三相颗粒尺寸越大,对晶界钉扎作用越强.但当体积分数一定时第三相颗粒尺寸越小时,颗粒数目会越多,此时总的钉扎效果会越好,晶粒极限尺寸也越小.若晶粒长大系统同时引入两种不同大小的第三相钉扎颗粒,且两种颗粒所占比例相同时,钉扎效果最好.相场方法模拟所得到的二相多晶材料晶粒组织演化规律和晶粒生长指数、晶粒形态、生长动力学和拓扑结构特征与已有实验和理论结果相符合.     

海洋平台用钢E690奥氏体晶粒长大行为

分析了不同加热温度和保温时间下海洋平台用钢E690奥氏体晶粒的长大行为,同时研究了第二相粒子对奥氏体晶粒大小的影响。结果表明,奥氏体晶粒尺寸随着加热温度的升高而增加,在850~950℃之间奥氏体的晶粒尺寸增加属于正常的长大行为,而在950~1000℃之间出现了晶粒的异常长大,奥氏体平均晶粒尺寸几乎增加一倍。保温时间对奥氏体晶粒尺寸影响较小,且随着保温时间延长,晶粒增长不明显。钢中第二相粒子的尺寸、体积分数和分布状态对奥氏体晶粒长大起关键作用。在已有模型和试验数据的基础上,推导出能够描述奥氏体晶粒长大临界尺寸的模型,该模型很好地解释了试验钢奥氏体晶粒的长大行为。     

Fe_(81)Ga_(19)二元合金薄板的再结晶织构与磁致伸缩性能

通过调控冷轧压下率,在退火后获得3种不同的Fe_(81)Ga_(19)二元合金初次再结晶状态,采用XRD和EBSD宏微观织构分析技术研究了初次再结晶状态对高温退火后晶粒尺寸及织构的影响。结果表明:初次再结晶阶段形成更多的大尺寸h(001//RD)取向晶粒,有利于后续高温退火过程中的h取向晶粒择优长大甚至发生异常长大,最终在晶粒尺寸相对较小的再结晶组织中获得强h织构,饱和磁致伸缩系数可达到220×10~(-6)。     

不同尺寸二相粒子材料晶粒长大的元胞自动机仿真

在现有晶粒长大元胞自动机器（CA）模型的基础上制定新的转变规则，使之能够模拟第二相粒子对晶粒长大过程的影响，且对含有不同尺寸第二相粒子材料的晶粒长大过程进行仿真模拟和定量分析。模拟结果表明：第二相粒子对基体组织具有钉扎作用，当粒子体积分数一定时，总体钉扎作用随着粒子尺寸的减小而增强；对于单一粒子而言，大尺寸粒子比小尺寸粒子具有更强的钉扎效果，该结果能够准确地反映第二相粒子对晶粒长大过程的影响规律，与现有的相关理论相符合。     

甲烷体积分数对纳米金刚石薄膜形貌的影响

目的研究不同甲烷体积分数对纳米金刚石(NCD)薄膜生长的影响,实现较小晶粒尺寸、高平整度的NCD薄膜的制备。方法采用微波等离子体增强化学气相沉积的方法制备NCD薄膜,以CH4/H2为气源,在生长阶段控制其他条件不变的前提下,探讨不同甲烷体积分数对NCD晶粒尺寸、表面形貌以及表面粗糙度的影响。采用SEM、XRD等观测NCD薄膜的表面形貌和晶粒尺寸大小,并利用Raman对NCD薄膜的不同散射峰进行分析。结果随着甲烷体积分数的增加,薄膜晶粒尺寸有减小的趋势。甲烷体积分数较低时,晶形比较完整,但致密度较小;甲烷体积分数较高时,晶形杂乱无章,但致密度较好。当甲烷体积分数为9%时NCD薄膜平均粒径达到最小,为21.3 nm,表面粗糙度较好,但非晶金刚石成分开始大量生成,NCD薄膜质量开始变差;当甲烷体积分数为8%时其形貌最好,且此时最小表面粗糙度小于20 nm。通过Raman分析可知NCD薄膜中出现了硅峰和石墨烯特征峰。结论甲烷体积分数对NCD薄膜形貌有较大影响,甲烷体积分数为8%时是表面平整度由较差变好再逐渐变差的分界点,且平均晶粒尺寸为23.6 nm,薄膜表面具有较好的平整度。     

第二相颗粒对晶粒长大影响的三维相场模拟

为了理解颗粒钉扎作用,应用多序参量晶粒长大相场模型,采用周期性边界条件,研究了三维条件下第二相颗粒的尺寸分布、体积分数、空间分布对基体晶粒长大的影响。结果表明,由于钉扎作用,含第二相颗粒的基体晶粒尺寸更加均匀,呈正态分布;与颗粒尺寸正态分布的基体相比,颗粒尺寸均匀分布的基体晶粒尺寸分布更宽;基体晶粒尺寸随第二相体积分数的增大而减小;晶粒平均半径随着颗粒分布不均匀程度的增加而降低,但当第二相颗粒均匀分布在基体中时,晶粒平均半径最小。     

基于元胞自动机的三维晶粒生长动力学研究

本文基于热力学转换机制和能量跃迁原理,采用Metropolis算法改进的元胞自动机模型,对AZ31镁合金三维晶粒长大过程进行仿真研究,并对其晶粒尺寸与晶粒长大动力学进行统计分析。仿真结果表明:采用改进转变规则后的元胞自动机模型更加接近于实际三维晶粒的正常长大过程。在模拟过程中,系统总自由能降低,不同时刻晶粒尺寸均呈现正态分布。晶粒直径与平均晶粒直径的比值R/Rm≈1.0的晶粒分布最多,满足晶粒演变最小能量准则。分析晶粒长大动力学可知,三维晶粒长大遵循晶粒演变过程中平均晶粒尺寸随时间变化的关系,晶粒长大指数为0.47941,非常接近于理论值0.5。通过实验对AZ31镁合金保温过程中晶粒尺寸变化规律进行研究,进一步验证了本文建立的三维元胞自动机模型的可靠性与准确性。     

Assignment of individual orientations by gaussian distribution and monte-carlo grain growth simulation by grain boundary character distribution (GBCD) in Fe-3%Si alloy

In order to investigate the effect of GBCD on microstructural evolution, a Monte-Carlo computer simulation method was developed in which the texture of real material was closely reconstructed in the simulated microstructure. This method consists of extracting a volume fraction and a Gaussian half-width from an experimental ODF of a Fe-3%Si alloy and planting them into the simulated microstructure. Using the reconstructed microstructure, the recrystallization texture formation characteristic of this alloy was studied with a particular focus on the anisotropic mobility of grain boundaries. By deliberately assigning a high anisotropic mobility (1000 times) to the grain boundaries with a misorientation angle in the range of 20 to 45 degrees, the abnormal grain growth phenomenon was analyzed. It was found that a selective growth of grains occurred when they were subjected to such pertinent conditions as their own high mobility accompanied by the presence of the neighboring low-mobility grains. Grains with a Goss orientation conformed to this general pattern of selective coarsening. Therefore, the present result strongly suggests that the theory of Hayakawaet al. - based on the selective growth of the Goss grains with particular boundary misorientation angles - needs to be modified so as to incorporate more general cases.     

基于晶粒长大拓扑依赖性的准稳态三维晶粒尺寸分布

基于三维个体晶粒表面积的变化率与晶粒拓扑性质之间的定量关系和晶粒尺寸一面数关系的假设，推导了一个拓扑相关的个体晶粒长大速率方程．该方程表明，个体晶粒的尺寸变化率不仅与其自身尺寸有关，而且也与拓扑特征有关．在此基础上，借鉴最新的关于粒子粗化理论中的晶粒长大连续方程，对三维晶粒长大过程准稳态阶段的晶粒尺寸分布进行了求解．结果显示，所得准稳态三维晶粒尺寸分布是一个单参数函数族．该结论得到了顶点法、基元演化法、相场模型和Monte Carlo法这4种晶粒长大仿真方法所得三维准稳态晶粒尺寸分布数据的支持．     

加热工艺参数对12%Cr钢晶粒长大行为的影响

研究了不同加热工艺参数下(加热温度1050~1300 ℃,保温时间0.25~24 h)12%Cr超超临界转子钢的奥氏体晶粒长大行为,并通过光学显微镜(OM)观察晶粒尺寸的变化规律,建立晶粒长大数学模型。结果表明:随着加热温度增加,晶粒尺寸逐渐增加,加热温度低于1150 ℃时,晶粒尺寸增加明显,而温度高于1150 ℃后,晶粒尺寸逐渐趋于稳定;随着保温时间的增加,晶粒尺寸逐渐增加,保温时间增加到3 h后,晶粒尺寸增加趋势放缓。采用非线性回归方法和Arrhenius晶粒长大模型,建立了该钢的晶粒长大数学模型。     

Unraveling the nature of room temperature grain growth in nanocrystalline materials

We report on the observation of real-time-resolved room temperature grain growth in nanocrystalline metals. We find that neither the time evolution of size can be modeled by standard growth theories nor are there any other systems aware to us that manifest a similar growth behaviour. We detect a transition from an initially self-similar slow growth to abnormal grain growth. Its onset seems to be associated with the simultaneous decrease of microstrain with increasing grain size. Abnormal grain growth is considered as a generic feature of nanocrystallinity but is a transient state since we observed in the late stage of coarsening, using orientational imaging microscopy, a monomodal grain size distribution. We empirically find a nonlinear-response-type of growth law which is in agreement with the observed coarsening kinetics.     

不同参数下超级钢焊接热影响区晶粒尺寸

采用数值模拟方法得到超级钢焊接温度场，在热影响区温度场基础上，结合晶粒长大动力学原理计算热影响区晶粒尺寸，并实验加以验证，绘制不同参数下超级钢热影响区晶粒尺寸图．以作为优化其焊接工艺的依据。     

超细硬质合金中晶粒非均匀长大机理

采用市售的粒度为0.8μm的WC粉末和粒度为1.6μm的Co粉制备了WC-10%Co超细硬质合金,通过金相显微镜﹑扫描电子显微镜观察了不同烧结温度下制备的试样WC晶粒形貌,对超细晶粒硬质合金非均匀长大现象及机理进行了研究。结果表明:粉末湿磨后的粗大颗粒在烧结过程中起晶核作用,是引起晶粒非均匀长大的关键因素。固相烧结时,烧结体中细小颗粒受到张力的作用发生旋转,当其取向与邻近的大颗粒取向一致时,形成共格界面,以粗大晶粒为核心以并合的方式非均匀长大;液相烧结时,细小晶粒溶解并优先地在大晶粒的某些低能量晶面如(0001)和(1010)面析出,引起晶粒异常长大。本研究中,当烧结温度达到1 410℃时,WC晶粒可异常长大为接近20μm的粗大晶粒。     

Simulation of faceted film growth in two-dimensions: microstructure,morphology and texture

A series of simulations of the growth of polycrystalline, faceted films from randomly oriented nuclei in two spatial dimensions was performed. The simulations track the motion of all corners where facets from the same grain and different grains meet. Results are presented on the temporal evolution of the mean grain size, grain size distribution, surface roughness, crystallographic texture and growth zones as a function of α, a parameter describing the relative facet velocities. The mean grain size and r.m.s. surface roughness are shown to be a parabolic function of the film thickness, in agreement with experiment and theoretical results. The grain size distribution is temporally self-similar when scaled by the mean grain size and has the form of a gamma distribution. The crystallographic orientation distribution (i.e. texture) is Gaussian, peaks at an α-dependent orientation and the peak sharpens during film growth. The peak position is well described by the largest radius vector of the appropriate idiomorph in two and three dimensions. The grain size, roughness and texture evolution are intimately linked. This type of simulation may be used to examine the evolution of the microstructure of any film which exhibits faceted growth with prescribed facet velocities.     

蒙特卡罗模拟和实验验证纳米薄膜晶粒生长的厚度效应

利用各向异性的蒙特卡罗方法模拟了纳米薄膜在退火过程中的晶粒生长。模拟结果显示,纳米薄膜的厚度效应并非体现在晶粒生长的整个过程中,而是仅当平均晶粒尺寸达到厚度的0.8～1.2倍时才明显表现出来。为描述这种晶粒生长的动力学过程,需要对Burke方程添加一个与晶粒平均尺寸和薄膜厚度之比相关的因子进行修正。Ni/SiO2纳米多层薄膜晶粒生长的试验结果证明了修正方程的合理性。通过比较溶质拖曳、第二相拖曳和厚度效应的动力学方程,提出了一个更为普遍适用的动力学方程。     

Effect of electric current pulse on grain growth in superplastic deformation of 2091 Al-Li alloy

1　INTRODUCTIONThecharacteristicthatelectriccurrentpulsepro motesatomdiffusionanddislocationmotionwasgrad uallyrecognizedfromthefailureanalysisonintegrat edcircuitin 1970s[110 ] .Theelectriccurrentpulsewasusedtoincrease plastic property ,improvetheformabilityofless deformablemetals[11,12 ] ,andstudytheeffectsofcurrentpulseonrecrystallization[1318]respectivelyin 1980s .Inthisrespect ,ConradandLaihavedonealotofwork ,inwhichCu ,AlandTiweremainexperimentalmaterialsfordeformationemployedwitha…