一种考虑晶界能各向异性模拟晶粒长大的Monte Carlo方法

一般的Monte Carlo模型都没有考虑晶界能的差异。奉研究根据晶界两侧晶粒的取向差及其与重合晶界的关系提出了晶界能分布的连续函数表达式,并且将其应用于Monte Carlo模型模拟晶粒长大过程。引入了该能量函数的Monte Carlo模型模拟的结果显示,随着晶粒长大的进行,具有低能量的重合晶界百分数增大,同时该模型模拟的重合晶界百分数明显地强于未引入该能量函数的Monte Carlo模型模拟的结果。并且采用该模型模拟的微观组织更加接近于实际观察到的平衡组织。     

晶界研究的现状和发展

综述了晶界理论的发展概况,包括 CSL 点阵,O-点阵和 DSC 点阵等晶界模型的物理概念。对晶界研究的若干实验技术及其应用发展进行了简明介绍和评述。对晶界问题的当前研究动向进行了初步归纳。     

现代晶界结构理论(续)

2.4 重位点阵(CSL) 重位点阵的概念首先由Friedel于1926年引入的。与在0点阵那节一样,设想同种晶体结构的两个互相贯穿的点阵充满了整个空间,它们之间通过转轴[uvw]和转角θ相互联系起来。如果转角θ是任意的,并不一定存在一个两个晶体的阵点相重合的超点阵,只有对于某些特定的θ才存在这样的超点阵,人们称之为重位点阵(CSL)。重位阵点密度的倒数称为∑,这是标志CSL的一个重要参量。∑越小,重合舶原子位置越多。∑只取奇数。     

现代晶界结构理论(续完)

3.3 沿晶界的扩散在晶界扩散的数学处理中,总是把晶界看成是厚度为δ的各向同性夹层,在其中 Fick 定律成立,而在晶界夹层中沿 X 方向浓度变化被忽略了,请看图3.22,图中假定晶界扩散系数 D′远大于点阵内的扩散系统 D。Fisher 指出,可由 Fick 定律得出下述质量平衡方程     

1Cr18Ni9Ti不锈钢中的硫与晶界沉淀

硫含量较低时，９００℃热后晶界只存在片状ＴｉＣ；硫含量较高时，晶界还存在片状Ｔｉ２ＣＳ；１１００Ｃ加热时，晶界Ｔｉ２ＣＳ片较大、较厚。实验钢中的Ｔｉ２ＣＳ存在着一种与以前的研究不尽相同的沉淀机制，在９００℃加热时及其后的冷却过程中和６５０Ｃ加热时，点阵中的Ｔｉ、Ｓ和Ｃ向晶界偏聚，Ｔｉ２ＣＳ以片状和粒状沿晶界沉淀。敏化处理时，硫含量较高的钢中，偏聚到晶界的硫原子可能抑制晶界Ｃｒ２３Ｃ６沉淀。     

基于子结构能量的点阵结构损伤诊断方法研究

提出了二阶子结构能量法以检测点阵结构损伤，称为SOSEM (second order substructure energy method)。对于复杂点阵板，在已知损伤位置条件下，该方法只需结构中存在“缺陷”构件的模态信息，就可以准确地得到构件损伤程度，而传统基于模态分析的方法必需整体结构完全的模态信息，新方法提高了检测效率，对实现快速（实时）点阵结构损伤检测具有重要的应用价值。为了验证本文方法的有效性，以点阵板为例，采用数值方法分析了几种典型损伤情况，结果表明，该方法能够准确地检测出点阵结构中一个或多个单元的损伤。     

690合金中晶界网络分布的控制及其对晶间腐蚀性能的影响

利用形变及热处理工艺提高了690合金的低∑重位点阵(Coincidence Site Lattice,CSL)晶界比例,通过电子背散射衍射(EBSD)技术表征了由不同类型晶界构成的网络特征,结果表明通过晶界工程处理,能够形成以大尺寸"互有∑3(n)取向关系晶粒的团簇"显微组织为特征的晶界网络分布,这种显微组织是再结晶过程中多重孪晶充分发展的结果.通过晶间腐蚀浸泡实验表明通过晶界工程处理的样品抗晶间腐蚀性能较未经过晶界工程处理的样品明显提高.腐蚀后样品的显微形貌表明大尺寸"互有∑3(n)取向关系晶粒的团簇"能够阻止晶间腐蚀向样品内部扩展,并且能够保护下层的显微组织.     

点阵构型对夹层结构抗鸟撞性能的影响

空心夹层叶片由于同时具备轻量化与吸能特性而被广泛应用于航空发动机设计,研究了四种不同点阵构型对填充式叶片等效模拟件的抗鸟撞能力的影响。通过均匀化方法给出四种点阵构型的等效刚度,然后基于随形自适应点阵填充结构的建模方法建立点阵填充的曲板模型,通过3D打印将单胞填充平板结构制造出来进行鸟撞试验并进行数值仿真。从变形机理和能量吸收的角度分析了四种不同单胞下填充结构的抗鸟撞性能,BCC具有更好的抵抗z方向挠度和面内y方向的褶皱两种变形的表现且相比于其他几种结构的吸能作用更优,所以BCC具有更好的抗鸟撞能力。     

选区激光熔化成形FeCrNi中熵合金点阵结构及其力学性能

金属点阵结构材料由于其轻量化、高比强度、能量吸收和多孔性等优势,广泛应用于航空航天、汽车工业等领域。以高强韧FeCrNi中熵合金(medium entropy alloy,MEA)为研究对象,采用选区激光熔化(selective laser melting,SLM)技术制备了具有BCC,BCCZ,FCC,FCCZ四种仿晶格结构的FeCrNi中熵合金点阵结构材料,对其显微组织、力学性能及变形行为进行了系统研究。结果表明,采用SLM技术制备的FeCrNi中熵合金点阵结构节点搭接质量高,熔池交错堆叠致密,晶粒均匀细小。在相对密度相近时,BCC,FCC,BCCZ,FCCZ点阵结构的比强度和比能量吸收值依次升高。具有FCCZ点阵结构的FeCrNi中熵合金材料的比能量吸收值达到49.8 J·g^-1,显著高于Ti6Al4V及316L不锈钢点阵材料。有限元模拟分析表明,Z型支柱的存在增加了点阵材料的表观强度和刚度,并导致变形行为由结点弯曲主导向拉轴向压缩主导转变,是FCCZ点阵结构强度提升的主要原因。     

HOLZ线分布的一种模拟计算方法

通过数学处理，编制出计算常见的四种晶系、三种点类型晶体的ＨＯＬＺ线分布的计算机程序ＨＯＬＺ。已知实际加速电压或点阵常数时，由ＨＯＬＺ程序可分别精确测定点阵常数或实际加速电压，并可改变ＨＯＬＺ线分布图的分辨率和ＨＯＬＺ线的分布范围。应用此方法获得点阵常数相对变化与加速电压相对变化的关系，模拟计算出一种高温合金中有序Ｃｕ３Ａｕ型γ’相和铁基高温合金中γ奥氏体母相的〔１１１〕晶带ＨＯＬＺ线分布图，验证了     

晶界工程处理对Inconel 690TT合金微动磨损行为的影响EI北大核心CSCD

采用热处理加冷轧的晶界工程处理,利用OM,SEM,EBSD和白光干涉仪等研究Inconel 690TT合金在室温与320℃空气中的微动磨损行为。结果表明:经5%冷轧变形及高温短时间退火处理后Inconel 690TT合金的显微组织中低∑重位点阵(CSL)晶界比例达到70%以上;Inconel 690TT合金试样在室温和320℃下的微动磨损体积与摩擦因数均随硬度增加而降低,随晶粒尺寸和低∑CSL晶界比例增加而增大;在相同微动实验参数下,晶粒尺寸越大、低∑CSL晶界比例越高试样的微动运动区域特性倾向于完全滑移,反之倾向于部分滑移;与晶粒尺寸相比,低∑CSL晶界比例对晶界工程处理试样的微动磨损抗力的影响更强,低∑CSL晶界比例越高材料的抗微动磨损能力越差,晶界工程处理不利于提高材料的微动磨损抗力。     

纳米固体材料中微观结构的高分辨电镜研究

对纳米固体材料中晶界结构的特征一直存在争议,作者对两种不同方法(惰性气凝聚加原位加压法和非晶晶化法)所制备的纳米固体材料中的微观结构,特别是晶界结构进了较深入的研究,这两种方法都能提供具有清洁界面的纳米固体材料。 惰性气体凝聚加原位加压法:对纳米固体Pd样品的高分辨电镜研究表明,晶界是由序,局部无序区和纳米级空洞组成,并不具有“类气态”结构特征。一般来说,纳米固体Pd(平晶粒度为10nm)中大多数晶界结构特征类似于常规多晶材料中的晶界,但晶界较弯曲,而具有一定的畸变。此外,在Pd样品中,还存在大量的小角度晶界位错,晶粒内部也存在一些陷结构,如刃型位错,60°不全位错,五次孪晶及孪晶交割等,这些缺陷结构特征与一般多晶料中的缺陷十分相同。 非晶晶化法:对三种不同非晶合金(Ti基、Fe基等)进行晶化处理,制备出具有不同晶粒度的纳米合金样品,对其进行微观结构的研究表明,晶界上根本不存在“类气态”结构或无序的区域,样品中存在大量的大角度非对称晶界,相应的晶界具有高密度的位错。大多数晶界上有一定的应力存在,晶界附近的点阵发生轻微的畸变,这些晶界一般以半共格结合的形式存在。与惰性气体凝聚加原位加压法所制备的纳米固体Pd样品相比,除了晶界结构存在明显的差异外,非晶晶化法所制备     

增材制造金属点阵多孔材料研究进展

金属点阵多孔材料是一种具有复杂周期性结构的先进轻质多功能材料,由于其优异的比强度、吸声、降噪以及超材料等特性,近年来备受关注.而传统的制备工艺仅可以制造类点阵结构,难以生产复杂、精细的点阵结构,成为金属点阵多孔材料进一步应用的掣肘.近年来快速发展的增材制造(Additive manufacturing,AM)技术具有设计与制造自由度大、快速制造任意复杂几何形状零件的特点,可对金属点阵多孔材料进行微观、界观和宏观尺度晶格的多种组合进行调控,是金属点阵多孔材料制备技术的前沿.然而,增材制造金属点阵多孔材料存在残余应力大、表面粗糙度高以及局部应力集中等问题,导致其压缩脆性以及疲劳强度较低.因此,除了研究增材制造工艺参数对点阵结构性能的影响外,研究者们主要从拓扑优化以及后处理方面不断进行尝试,并获得了丰硕的成果.结合拓扑优化设计,可使得应力分布更均匀,更好地服役于不同的加载环境;梯度点阵结构的压缩强度以及能量吸收是均匀点阵结构的两倍以上;通过热处理以及化学蚀刻可以降低点阵结构的残余应力和表面粗糙度,大幅提高其点阵结构的疲劳强度.通过控制单胞结构的分级孔隙度分布、合适的后处理,有望同时实现高孔隙率、高疲劳强度和高能量吸收.本文首先陈述了增材制造金属点阵多孔材料的优势和成形准则,随后介绍了单胞形状、单胞尺寸、支柱直径、体积孔隙率等因素对点阵结构尺寸精度和表面粗糙度的影响,并归纳了这些因素对点阵结构的屈服强度、能量吸收率和疲劳强度等性能的影响.此外,总结了点阵结构的拓扑优化和后处理对其性能的影响,最后介绍了增材制造金属点阵结构存在的掣肘,并展望了其未来的研究趋势.     

选区激光熔化成形的316L不锈钢点阵夹层结构的力学性能和能量吸收性能研究

目的 以选区激光熔化（SLM）成形的316L不锈钢点阵夹层结构为研究对象,研究单一、混合芯层对点阵夹层结构力学性能和能量吸收性能的影响,为轻质高强耐撞点阵夹层结构提供设计依据。方法 通过SLM成形技术,以316L不锈钢粉末为原材料,制备点阵夹层结构,利用扫描电镜对SLM成形的点阵夹层结构几何结构特征进行观察,利用准静态压缩实验对点阵夹层结构的力学性能和能量吸收性能进行研究。结果 在选定的SLM成形工艺参数下,SLM成形的点阵夹层结构芯层的连接杆表面存在一定的粗糙度且斜向连接杆的表面粗糙度比竖直连接杆的表面粗糙度大。在SLM成形的点阵夹层结构中,混合点阵夹层结构BFB和FBF的弹性模量分别为2 525.7 MPa和2 493.8 MPa,屈服强度分别为36.3 MPa和38.3 MPa,能量吸收分别为16 J和17.2 J,比吸能分别为1.21 J/g和1.36 J/g,其弹性模量、屈服强度、能量吸收和比吸能均优于单一BCCZ点阵夹层结构的。在准静态压缩过程中,BFB和FBF这2种混合点阵结构芯层的变形模式不同于单一BCCZ点阵结构芯层的。结论 与单一点阵夹层结构相比,2层BCCZ布置在...     

射频容性放电Ar等离子体离子能量分布和角度分布

通过MC模型对射频容性Ar等离子体中离子入射的能量及其分布特性进行了模拟计算,结果表明,放电压力低时,高能量离子分布较多,且在高能区域分布曲线呈双峰形式,离子入射的角度较小;放电压力高时,低能量离子分布较多,能量分布曲线偏向于低能量区域,且高能峰消失,离子入射角度增大;放电电压升高,离子能量分布曲线向高能区域移动,能峰之间的距离变长,角度分布曲线向小角度区域移动;随着自偏压升高,入射离子的能量增大,能量分布曲线向高能量区域移动,能峰间距变化不大,离子入射角度减小。法拉第离子能量分析器的测试结果表明,低放电压力时,离子能量较高且在高能区域呈双峰形式,高放电压力时,离子能量较低且能量分布高能峰消失。     

新型CFCB点阵夹芯结构面外压缩载荷下能量吸收特性研究EI北大核心CSCD

点阵夹芯结构因其优异的力学性能、出色的能量吸收能力、独特的功能性,被广泛应用于航空航天、汽车、船舶等领域。然而,传统点阵夹芯结构在面外压缩载荷下存在应力分布不均匀、节点应力集中等缺点。为了解决上述问题,该研究基于体心立方结构(body-centered cubic,BCC)提出了一种新型的余弦函数单元基(cosine function cell-base,CFCB)点阵结构。为了研究CFCB点阵夹芯结构面外压缩载荷下能量吸收特性,制备了CFCB点阵夹芯结构,开展了准静态压溃试验,并与BCC点阵夹芯结构的试验结果进行对比。结果表明,CFCB点阵夹芯结构面外压缩载荷下的承载与能量吸收能力明显优于BCC点阵夹芯结构。随后,基于有限元模型,系统揭示了芯子单胞直径、幅值、周期长度等胞元参数及厚度方向上的单胞层数对CFCB点阵夹芯结构面外压缩载荷下吸能特性的影响。相关研究成果有望为新型CFCB点阵夹芯结构设计提供参考。     

精确测定低对称晶系多昌材料点阵常数的X射线衍射方法

点阵常数是多晶材料的重要物理参数之一，陶瓷材料多数属非立方晶系化合物，研究低对称晶系点阵常数的测定方法和提高精度的途径对材料研究有重要的意义，本文提出了联立方程法、联立方程外推法、最小二乘法、最小二乘外推法、线对法、线对最小二乘法等六种测定方法和稳定性判 法、抛弃 平均法、最小二乘判法等三种数据处理方法及其适用条件、用本文的测定低对称晶系多晶材料点阵常数的方法可以得到较精确可靠的结果。     

精确测定低对称晶系多晶材料点阵常数的X射线衍射方法

点阵常数是多晶材料的重要物理参数之一．陶瓷材料多数属非立方晶系化合物．研究低对称晶系点阵常数的测定方法和提高精度的途径对材料研究有重要的意义．本文提出了联立方程法、联立方程外推法、最小二乘法、最小二乘外推法、线对法、线对最小二乘法等六种测定方法和稳定性判别法、抛弃平均法、最小二乘判别法等三种数据处理方法及其适用条件．用本文的测定低对称晶系多晶材料点阵常数的方法可以得到较精确可靠的结果．     

用Monte Carlo法模拟纯铜的静态再结晶

利用Monte Carlo(MC)法进行了纯铜静态再结晶的二维模拟，通过监测存储能量的变化历程发现，当初始存储能量较低的时候，静态再结晶是以非均匀形核（晶界形核）的方式进行的，当初始存储能量充分高的时候，静态再结晶是以均匀形核（晶内形核）的方式进行的。初始存储能量较高的时候，能量释放的速率要比初始存储能量较低的时候的速率高，确定了区分均匀形核和非均匀形核的临界应变。     

点阵全息图衍射效率的测量方法研究

本文提出了测量点阵全息图衍射效率的方法和相应的测试系统,这种测量方法不受被测点干涉条纹方向变化的影响。同时给出了几种点阵全息防伪标识的测试结果。