第二相颗粒对多晶材料晶粒生长影响的元胞自动机(CA)模拟

采用Moore型邻域定义的元胞自动机模型模拟研究第二相颗粒对多晶材料晶粒生长的影响.结果表明:第二相颗粒的体积分数及尺寸对基体晶粒组织特征的影响很大;第二相颗粒含量增加可以提高晶粒尺寸分布的均匀性,而颗粒尺寸增大则导致晶粒尺寸分布的均匀性降低.通过对模拟数据的回归分析获得极限晶粒尺寸(D)与颗粒尺寸(d)和颗粒含量(f)之间的关系;不同的颗粒尺寸(d)对应不同的拟合指数(n).     

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.     

相场法研究含第二相颗粒多晶体系的晶粒粗化标度律

利用相场法研究了第二相颗粒体积分数对多晶体系晶粒粗化标度律的影响.结果表明:随着第二相颗粒体积分数增加,晶粒生长阻力增大,晶粒平均半径R_a随时间t的演化关系偏离t=AR_a~m+B非线性关系,且动力学指数m随第二相颗粒体积分数增加而增大.在晶粒粗化阶段,无论第二相颗粒是否存在,及第二相颗粒体积分数的大小,系统均满足标度律.随着第二相颗粒体积分数增加,系统结构因子曲线的峰值逐渐降低,且当波矢k值增大到某一值后,系统结构因子曲线基本重合;随着第二相颗粒体积分数增加,系统标度函数峰值降低,峰宽变宽.在较大的k值情况下,同一k值对应的标度函数值随第二相颗粒体积分数的增加而增大.由结构因子和标度函数可知,第二相颗粒体积分数增加,晶粒间的相互作用减弱,晶粒粗化过程中的尺寸均匀性将更好.     

Zr-Sn-Nb-Fe合金的第二相颗粒粗化行为

采用SEM-SE及定量金相分析技术研究了不同成品退火温度(450～550 ℃,2 h)的两种Zr-Sn-Nb-Fe合金包壳管第二相颗粒的粗化行为。结果表明,升高温度能促进第二相分布均匀化及尺寸粗化的过程。根据粗化二次动力学方程计算得出Zr-0.3Sn-1.2Nb-0.2Fe合金的第二相颗粒粗化激活能为209 kJ/mol,Zr-0.5Sn-0.2Nb-0.8Fe合金的第二相颗粒粗化激活能为179 kJ/mol。粗化激活能的大小与锆合金中Nb含量的高低存在对应关系。     

第二相粒子尺寸对基体晶粒长大影响的仿真研究

根据第二相粒子与基体晶界交互作用的微观物理基础,建立了复相材料晶粒长大的三维图象的仿真方法,设计了含有相同体积分数,不同尺寸第二相粒子的复相体系,并全程仿真了三维复相材料的晶粒长大过程,对粒子尺寸影响基体粒长大的直接观察和定量分析表明,粒子尺寸越大,晶界的“脱钉”趋势越弱,晶粒长大到达停滞状态所经历的时间越长,停滞状态下基体晶粒尺寸越大且尺寸分布的均匀性越近,极限晶粒尺寸与粒子尺寸之间并不存在简单     

2A14铝合金表面纳米化对第二相颗粒的影响

为提高铝合金材料力学性能,采用超音速微粒轰击(SFPB)技术对2A14铝合金进行表面纳米化处理,利用XRD、SEM和TEM等研究2A14铝合金表层第二相颗粒的弥散分布和形貌变化机理。结果表明:材料表面经强烈塑性变形形成约30μm厚的纳米层和约120μm厚的过渡层,表面纳米层晶粒尺寸为50~100 nm,表面显微硬度提高了1倍多,纳米层和过渡层中第二相颗粒得到细化,总体弥散分布比基体更加均匀,距表面距离越近,细化效果和总体弥散分布越好;在过渡层里部分第二相颗粒被亚晶界切分,在纳米层中第二相颗粒均被纳米晶包裹,第二相颗粒的边界与纳米晶晶界部分重合。第二相颗粒被纳米晶包裹影响纳米层晶界迁移机制,对材料表面性能的改善有积极意义。     

第二相粒子含量对基体晶粒长大影响的计算机仿真研究

利用作者自行开发和改良的ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ计算机仿真算法,对含不同数量第二相粒子的虚拟材料基体中三维晶粒长大过程的影响进行了仿真和定量分析。结果表明,随粒子体积分数增另,晶粒长大指数下降,停滞状态的晶粒尺寸分布宽度减小,通过计算机仿真获得了极限晶粒尺寸和粒子参量间的定量关系,并由几何模型给出了证明,与文献中已有理论模型,计算机仿真及实验结果进行的比较分析表明,本文所得结果与实测结果符合得更好。     

相场法模拟不同形状的硬质颗粒对两相晶粒长大的影响

采用相场方法研究了不同颗粒体积分数及尺寸条件下不同形状的硬质颗粒对两相系统晶粒长大的影响,结果表明:球形颗粒大多处于三角晶界处,片状颗粒处于晶界处且沿晶界分布.不同形状的硬质颗粒对体积占优的α相晶粒长大无明显影响,对体积分数较小的β相晶粒长大的影响主要取决于颗粒数目.颗粒数目较少时,不同形状的硬质颗粒对β相晶粒长大无明显影响;颗粒数目较多时,片状颗粒比球形颗粒对β相晶粒长大的阻碍作用强烈.颗粒体积分数越大,颗粒对晶界的钉扎作用越强,稳态时晶粒的半径越小;颗粒尺寸越大,单个颗粒对晶界的钉扎作用越强,但总的钉扎作用越弱,稳态时晶粒的半径越大.     

微钙钢中第二相粒子细化晶粒效果的研究

通过热处理试验、热模拟试验以及埋弧焊试验,研究了微钙钢中的第二相粒子对奥氏体晶粒的细化效果。结果表明:在热处理条件下微钙钢的奥氏体晶粒尺寸随保温时间的延长而增大,但增大幅度较小;热模拟条件下微钙钢当t8/5=80 s时,模拟CGHAZ的奥氏体晶粒尺寸为80μm,t8/5=200 s时约为110μm,细化效果明显;焊接条件下,未加钙钢CGHAZ的晶粒平均尺寸约为400μm,微钙钢CGHAZ平均晶粒尺寸约为120μm,细化效果显著。微钙钢中的第二相粒子能够有效地细化奥氏体晶粒。     

工艺参数对Al-Ti-C中间合金第二相粒子及细化效果的影响

研究了铝含量和铝液温度对热爆法合成Al-Ti-C中间合金第二相粒子形成规律及细化效果的影响.结果表明:预制块铝含量对第二相粒子TiAl3和TiC的生成有重要影响.铝液温度影响反应生成的中间合金中TiAl3、TiC的形态和分布,并影响其晶粒细化能力.当Al:Ti:C的原了比为3.4:1.8:1、铝液温度为780℃时,合成的中间合金中大量TiAl3和TiC粒子在铝基体上均匀分布,晶粒细化效果最佳,并讨论了晶粒细化机理.     

添加S对Zr-Sn-Nb-Fe锆合金中第二相的影响

在Zr-0.70Sn-0.35Nb-0.30Fe(质量分数,%)合金成分基础上添加26~570μg/g的S制备成实验合金,用SEM、TEM及其配置的EDS研究了S含量对合金中第二相成分及晶体结构的影响。结果表明:不加S的重熔合金中的第二相均为密排六方结构的Zr(Nb,Fe)2,添加S以后合金中出现了正交结构的Zr3Fe第二相,并随着S含量的增加,Zr3Fe的数量也相应增多;添加的S含量为190μg/g时,合金中还出现了四方结构的Zr9S2第二相,并随着S含量的进一步增加,Zr9S2第二相的数量增多;同一成分合金中随第二相粒子尺寸的增大,第二相中的Nb/Fe比值逐渐降低。本研究制备的含S锆合金中,固溶在ɑ-Zr基体中的最大S含量在26~190μg/g之间,超过固溶含量的S以Zr9S2第二相析出,并没有进入其它第二相中。     

焊接热循环对Ti-Nb微合金钢中第二相粒子的影响

利用焊接热模拟及碳萃取复型技术,对Ti-Nb微合金钢及其模拟焊接粗晶热影响区中第二相粒子的形态、数量及物相进行了研究.结果表明,母材中第二相粒子的形状不规则,粒子中Nb的相对含量w_(Nb(wNb+wTi))在0.25～0.82之间.尺寸较大的粒子含有较多Ti,形状接近方形;尺寸较小的粒子含有较多的Nb,形状接近球形.焊接热循环后,粒子的数量显著减少、平均尺寸增大,残留的粒子变为方形.t_(8/5)从10s增大到60s时,粒子的平均尺寸进一步增大,粒子数量进一步减少,粒子中Nb的相对含量均在0.20～0.50之间.但t_(8/5)再从60s增大到120s时,粒子的平均尺寸反而减小,粒子数量增大,又重新出现一些含Nb量较高的球形粒子.分析表明,焊接热循环加热过程中粒子的溶解具有较大的滞后效应,大约滞后于实际温度70℃,粒子的溶解持续到焊接热循环冷却过程的高温阶段;t_(8/5)较大时,冷却过程中粒子不但能以残留的粒子为晶核析出,还能通过独立形核析出.利用建立的粒子沉淀热力学模型对不同温度时粒子的成分进行了计算,计算结果与试验值吻合良好.     

焊接热循环对X-60管线钢中第二相粒子的影响

利用萃取复型技术。对Ti-V-Nb微合金钢母材及模拟焊接粗晶热影响区中第二相粒子进行了研究。结果表明，母材中的粒子为含有Ti、Nb、V的碳氮化合物复合粒子，其尺寸均在100nm以下；粒子的形状不规则，不同粒子具有不同的成分。焊接热循环后，焊接粗晶区中仍保留了较多的粒子，但粒子尺寸显著增大，粒子的形状由母材中的不规则状变为方形，粒子的含Ti显著提高。     

第二相粒子形状对晶粒长大的元胞自动机仿真的影响

在正常晶粒长大元胞自动机模型的基础上添加圆形、正方形以及针形第二相粒子,并且对含有不同形状第二相粒子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有钉扎作用,粒子面积分数越大,粒子总体钉扎作用越强;当第二相粒子面积分数较小时,针形第二相粒子的钉扎作用强于圆形和正方形第二相粒子;随着第二相粒子面积分数的增加,晶粒长大受第二相形状的影响逐渐减小;第二相粒子面积分数足够大时,不同形状的第二相粒子对晶粒长大的钉扎作用没有明显差别.     

锆合金中第二相的研究

将几种Nb、Fe含量不同的锆合金样品在1050℃保温0.5h后水冷,在560℃回火10h,用带能谱分析(EDS)的透射电子显微镜研究它们的第二相粒子.结果显示:随着合金样品中Nb元素含量的提高及Nb/Fe比的增加,第二相从Zircaly-4合金中密排六方结构的Zr(Fe,Cr)2向密排六方的Zr(Nb,Fe,Cr)2转...     

Mechanism of Formation of Microstructure Under Secondary Recrystallization in a Material with Disperse Particles of Second Phase

Metal Science and Heat Treatment - The causes of rapid growth of coarse grains under secondary recrystallization are analyzed. According to the available experimental data the rapidly migrating...     

微合金元素对Q345钢奥氏体晶粒粗化行为的影响

研究了单独与复合添加V/Nb/Al元素对Q345钢奥氏体晶粒长大行为的影响规律。以ASTM晶粒度级别等于6.0定义实验用钢的实用奥氏体晶粒粗化温度。结果表明:和Fe-V处理相比,以VN12进行微合金化可使Q345钢的奥体氏晶粒粗化温度提高约40℃;和Fe-Nb处理相比,Nb和V复合加入对Q345钢晶粒粗化温度无显著影响;Al微合金化Q345钢中复合添加微量Nb对其晶粒粗化温度无明显影响。Nb、V、Al的抗奥氏体晶粒粗化能力依次为:Nb>Al>V。     

钒系微合金车轴钢晶粒粗化温度研究

晶粒粗大是造成火车车轴失效的主要原因之一。通过对攀钢研究院开发的新型钒系微合金车轴钢晶粒粗化温度的研究,发现随着加热温度的提高,该型车轴钢奥氏体晶粒越来越大,但强碳化合物元素——钒元素能有效阻止奥氏体晶粒的长大,将其晶粒粗化温度提高到了1150℃以上,比普通碳钢的晶粒粗化温度高150～200℃。晶粒粗化温度的确定,可以为材料热处理工艺参数的制定提供参考,避免加热过程中出现晶粒粗化,造成组织缺陷。