316LN热变形行为及动态再结晶晶粒的演变规律

采用热压缩试验研究了316LN不锈钢在温度1250℃-900℃,应变速率0．005s^-1～0．5s^-1,变形程度50％条件下的变形行为和组织演变;分析了变形参数对应力-应变曲线的影响规律,计算获得了该钢热变形应力指数和激活能;并通过动态再结晶晶粒演变规律的研究,建立了该钢热变形动态再结晶图,以及动态再结晶晶粒演变规律模型。研究结果可为316LN不锈钢锻造过程晶粒细匀化的控制提供科学的依据。     

316LN钢高温塑性及其断口特征

利用Gleeble-1500D热力模拟试验机,对316LN钢进行温度为950~1200℃,应变速率分别为0.005、0.05、0.5和1s-1的热力模拟试验。借助扫描电镜(SEM)对断口进行观察,研究316LN钢的高温塑性及高温断裂机制。结果表明:316LN钢高温断裂为韧性断裂,随着温度和应变速率的增加,韧窝尺寸增大,深度增加,塑性增加。同时,采用回归方法构建了断裂应变、塑性指标(延伸率和断面收缩率)分别与变形条件(温度和应变速率)的关系模型,应用这些模型可以计算一定条件下316LN钢的断裂应变、延伸率和断面收缩率,对制定316LN钢的锻造工艺有一定的指导作用。     

晶粒长大过程微观组织演变Monte Carlo方法模拟

Monte Carlo模拟方法中采用了结点再取向“择优转换原则”,并用线性Turnbull动力学晶界移动速率公式概率形式确定结点取向转换概率,对晶粒长大过程进行长时间的模拟.模拟的组织变化图像与实际材料的正常晶粒长大组织完全一致;长大过程分为不稳定和稳定两个阶段,稳定阶段晶粒长大指数n达到了理论值0.5;在完整的晶粒长大过程中,晶粒尺寸分布并不具有严格的自相似性,系由不稳定长大阶段的对数正态分布(Lognormal)向稳定阶段的伽马(Gamma)分布变化.     

晶粒长大过程微观组织演变Monte Carlo方法模拟

Monte Carlo模拟方法中采用了结点再取向“择优转换原则”，并用线性Turnbull动力学晶界移动速率公式概率形式确定结点取向转换概率，对晶粒长大过程进行长时间的模拟．模拟的组织变化图像与实际材料的正常晶粒长大组织完全一致；长大过程分为不稳定和稳定两个阶段，稳定阶段晶粒长大指数n达到了理论值0．5；在完整的晶粒长大过程中，晶粒尺寸分布并不具有严格的自相似性，系由不稳定长大阶段的对数正态分布（Lognormal）向稳定阶段的伽马（Gamma）分布变化。     

基于元胞自动机法的晶粒长大模拟

采用元胞自动机(Cellular Automata,简称CA)法对晶粒长大过程进行了计算机模拟和分析.模拟结果表明,CA法能够较好地模拟晶粒长大过程,所反映的晶界迁移规律及其拓扑特征符合晶粒长大的物理机制,是一种简便、有效的模拟方法.     

周期性边界条件下MC模拟晶粒数的统计

本文应用Monte Carlo(MC)法模拟二维条件下晶粒长大的原理，晶粒长大结晶界处的格点迁移为主要特征，并用它模拟了在周期性的边界条件下的晶粒长大行为，提出了一种二维条件下精确的统计晶粒尺寸的方法，可以对各种形态的晶粒进行统计，并且考虑了模拟过程中的周期性边界条件对晶粒统计的影响，通过模拟，揭示了晶粒长大过程中材料组织演变时拓扑学和动力学特征。     

基于元胞自动机法的晶粒长大模拟

采用元胞自动机（Cellular Automata，简称CA）法对晶粒长大过程进行了计算机模拟和分析．模拟结果表明，CA法能够较好地模拟晶粒长大过程，所反映的晶界迁移规律及其拓扑特征符合晶粒长大的物理机制，是一种简便、有效的模拟方法．     

晶粒长大动力学的计算机模拟

利用元胞自动机模型研究了2维晶粒长大的动力学,模型将微观结构映射到离散的格点上进行研究;微观结构演化的研究是通过考察晶粒大小和形状随时间的变化来实现的。精确地再现了文献中理论推导的结果;研究了复杂结构下的晶粒长大动力学曲线;考察了控制参数对于晶粒长大动力学过程的影响;并具有一定的一般性,可以用于多种情况下的模拟。     

应力状态对316LN钢高温塑性的影响

对316LN钢在Gleeble-1500D热模拟实验机上做高温拉伸实验,试样尺寸为○/10.0 mm×121.5 mm,缺口半径分别为0.5、1.0、2.0、4.0 mm和∞(光滑试样),温度为950℃!1200℃,应变速率为0.5 s-1,得到不同变形条件下试样的断面收缩率变化规律;通过数值模拟,得到开始拉伸时不同缺口拉伸试样最小横截面部位的应力三轴度分布.对比实验与数值模拟结果表明:316LN钢的高温塑性与应力三轴度和晶粒尺寸有关.如果晶粒尺寸相差不明显,应力三轴度起主导作用,应力三轴度越小,断面收缩率越大,塑性越好;如果晶粒尺寸相差明显,晶粒尺寸起主导作用,应力三轴度越小,断面收缩率越小,塑性越差.     

晶粒长大动力学的计算机模拟

利用元胞自动机模型研究了2维晶粒长大的动力学，模型将微观结构映射到离散的格点上进行研究；微观结构演化的研究是通过考察晶粒大小和形状随时间的变化来实现的。精确地再现了文献中理论推导的结果；研究了复杂结构下的晶粒长大动力学曲线；考察了控制参数对于晶粒长大动力学过程的影响；并具有一定的一般性，可以用于多种情况下的模拟。     

Grain growth of Al-4Cu-Mg alloy during isothermal heat treatment

The microstructure of an Al-4Cu-Mg alloy during isothermal heat treatment in the Strain Induced Melt Activation （SIMA） process was investigated and the kinetics of grain growth was analyzed, The grain growth during isothermal heat treatment of the Al-4Cu-Mg alloy coincided with the Ostwald ripening theory. During isothermal heat treatment, both grain shape and the high volume fraction of solid phase have significant effects on grain growth. Therefore, a new grain growth model based on the Ostwald ripening theory was proposed taking into consideration the grain shape and the volume fraction of solid phase. By comparing the calculated results with the experimental results, it was confirmed that the present model could be applied to grain growth during isothermal heat treatment of the Al-4Cu-Mg alloy in the SIMA process.     

一种核级316LN钢的相图计算与微合金化设计

用热力学方法计算了一种核级316LN钢及其在Nb、V微合金化条件下的伪二元平衡相图,研究了不同温度下钢的平衡相组成。结果表明,316LN钢中的主要析出相为Cr2N、M23C6、和相,Nb微合金化316LN钢中会形成含C的MX,有望提高材料的力学性能和耐晶间应力腐蚀性能,V微合金化316LN钢中会形成VN,但对稳定C的作用不大。     

晶粒长大过程的相场法模拟

Fe-C合金凝固时微观组织所形成过程的模拟,对优化工艺参数、提高铸件质量,有着重要的工程应用价值.在KKS(Kim,Kim,Suzuki.)模型的基础上,采用相场和溶质场耦合的方法,对Fe-0.5mol%C合金的晶粒长大过程进行了数值模拟.结果表明:晶体生长初期,晶粒为球状,随着时间的推移,晶粒由球状向枝晶状转变,最后形成复杂的树枝晶.对Fe-C合金的凝固过程进行实验研究及对试样进行了微观组织分析.经对比得出,模拟得到的微观组织形貌与实际凝固所得到的微观组织形貌基本一致,验证了相场模型的正确性.     

热老化对核级316LN锻造控氮奥氏体不锈钢微观组织及性能的影响

研究了热老化对核级316LN锻造奥氏体不锈钢的位错组态、电阻率及显微硬度的影响规律。结果表明,随着热老化的进行,奥氏体基体中位错密度总体下降,而始于晶界向晶内延伸的扩展位错数量增多且宽度变窄,其中,固溶态的扩展位错宽度约为1．0μm,热老化5000h后约为0．2μm。分析认为,碳原子在晶界及其附近微区的偏聚是引起位错亚结构变化的主要原因：电阻率随热老化时间的延长、检测温度的升高而增大,且热老化5000h后电阻率随温度的增长速率高于固溶态;晶内和晶界处的显微硬度值随热老化的进行均有所升高,二者之间显微硬度的差值逐渐增加。     

Grain growth kinetics of SnO<Subscript>2</Subscript> nanocrystals synthesized by precipitation method

Monodispersed spheroidal SnO₂ nanocrystals with the grain size of 8–30 nm were synthesized by the precipitation method using SnCl₄·5H₂O (stannic chloride hydrate) as raw materials. Differential scanning calorimetry/thermogravimetry (DSC/TG), X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscope (TEM) were used to characterize the structure of SnO₂ nanocrystals. The influences of the calcination temperature and time on the lattice constant, the lattice distortion and the grain size of SnO₂ nanocrystals were discussed based on the XRD results. The grain growth kinetics of SnO₂ nanocrystals during calcination process was simulated with a conventional grain growth model which only took into account of diffusion and with a new isothermal model proposed by our group, which took into account of both diffusion and surface reactions. Using conventional model, the grain growth rate constant of SnO₂ crystals is 1.55×10⁴ nm⁵/min with a pre-exponential factor of 5 and an activation energy of 108.62 kJ/mol. Compared with the convention model, the new isothermal model is more realistic in reflecting the grain growth behavior of SnO₂ nanocrystals during the calcination process. This indicates that the grain growth of SnO₂ nanocrystals is controlled by both diffusion and reaction factors, and the effect of surface reactivity on the grain growth of SnO₂ nanocrystals could not be ignored. A combined activation energy estimated with the new isothermal model is 53.46 kJ/mol.     

晶格畸变能的尺寸效应

为了更好地计算纳米材料晶格畸变能的尺寸效应,基于原子键能与表面热力学理论,提出了一个热力学模型.研究发现,随着晶粒尺寸的变小,纳米材料的晶格畸变能是不断增大的,且在20 nm以下时,这种变化将变得十分显著.随后,对该模型进行了讨论与验证,结果表明:模型给出的结果与实验数据接近,能较好地解释晶格畸变的尺寸效应.     

CO_2激光熔覆镍基合金粉末的组织和性能

为了提高核发电成套设备的阀体性能,采用CO_2激光器在SUS316LN奥氏体不锈钢表面熔覆了镍基合金粉末.利用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子探针分析仪、X射线衍射仪、能谱分析仪、显微硬度计和磨损试验机等对熔覆层的组织和性能进行了研究.结果表明,从熔覆层熔合线到表面的组织依次由平面晶生长区、亚共晶区,共晶区与过共晶区组成.亚共晶组织的初晶相由γ-Ni相组成,而过共晶组织的初晶相由Cr B和Cr7C3相组成.CO_2激光熔覆层具有较高的维氏硬度和耐磨性能,且其裂纹断口形貌属于解理断裂.     

基于元胞自动机AZ31镁合金固溶处理研究

镁合金具有导热导电性好、电磁屏蔽性能优越、与环境相容性良好等诸多优点。但是镁合金在室温下塑性较差,导致其在轧制过程中易出现裂纹从而影响其质量。为了有效提高其可塑性,在加工前往往需要对其进行固溶处理。基于此,通过金相实验,得到AZ31镁合金管材原始晶粒组织,基于晶粒长大的热力学机制、曲率驱动机制和能量耗散机制,建立元胞自动机模型,针对镁合金建立了三大晶粒演变规则,研究AZ31镁合金在不同温度和不同时间下晶粒演变规律与边数变化情况,最终获得晶粒均匀分布且以六边形为主的微观组织。通过晶粒长大拓扑学分析与晶粒尺寸分布统计,得出晶粒尺寸在不同温度和时间内呈正态分布,其中六边形晶粒最多;在此基础上,建立固溶情况下的晶粒长大数学模型,合理预测并控制AZ31镁合金固溶后的晶粒尺寸和最终性能,分析了晶粒长大动力学,得出镁合金生长指数为0.87,并通过实验验证了元胞自动机模型的正确性和合理性,为研究镁合金在变形过程中的晶粒演变奠定基础。