粒子激发形核的再结晶元胞自动机模型与仿真

为了模拟受到大粒子激发形核效应和非均匀储能分布影响的静态再结晶过程,利用元胞自动机方法提出了一个静态再结晶模型,且以仅含有析出相粒子(尺寸为1 μm)的铁素体钢为研究对象进行了仿真研究.结果表明:大粒子的PSN效应及其减小再结晶平均晶粒尺寸的作用得以仿真;模拟的静态再结晶过程更好地再现了相关实验和理论所揭示的特征和动力学规律.本文特色在于,综合考虑非均匀储能分布和PSN效应影响的再结晶建模.     

渗碳体粒子尺寸对低碳钢铁素体动态再结晶的影响

利用单向热压缩实验和OM、SEM、EBSD及TEM技术,研究了低碳钢铁素体晶粒尺寸相似、渗碳体粒子尺寸不同的两种原始组织在700℃、0.01 s-1条件下的组织演变过程,分析了渗碳体粒子尺寸对铁素体动态再结晶的影响.实验结果表明:变形过程中,在尺寸较大的渗碳体粒子附近容易产生大的应变梯度,通过粒子激发形核导致动态再结晶核心的形成.在变形初期,动态再结晶核心主要在尺寸大于1.0 μm的渗碳体粒子附近形成;随着应变量的增加,动态再结晶核心也可以在0.5-1.0 μm的渗碳体粒子附近形成;而小于0.3 μm的渗碳体粒子附近无法形成大的应变梯度,只能钉扎位错和亚晶界,阻碍动态回复和动态再结晶的发展.     

微量元素Sc对工业纯铝再结晶的影响

对一种含钪０．２４６％的工业纯铝冷轧７０％后进行了再结晶研究，测定了材料在各种温度下保温１ｈ，水淬后的硬度及电导率值，参照Ｘ射线衍射的结果，发现材料的再结晶起始温度为３８０℃，终了温度为４５０℃。ＴＥＭ研究表明，弥散分布的ＳｃＡｌ３相对位错的钉扎作用是材料再结晶温度高的原因；再结晶过程为亚晶聚合形核机制。     

Cu-0.3Cr-0.15Zr-0.05Mg合金形变时效强化与再结晶

对Cu-0．3Cr-0．15Zr-0．05Mg合金形变时效强化和再结晶过程进行了考察和研究。析出相对位错的钉扎作用强烈阻碍合金再结晶的形核和长大，使合金产生明显的时效硬化。60％冷变形450℃～500℃时效1h～2h，硬度和导电率分别可达162HV和73％IACS左右。大变形量降低了合金再结晶激活能(Qr)，加速再结晶过程，以致于在较高温度下时效，出现了再结晶形核和长大的现象，再结晶产生的软化导致析出硬化程度下降。     

连续铸挤成形Al-Mg-Sc合金的再结晶

采用显微硬度计、金相和透射电镜等测试分析手段,研究了连续铸挤成形Al-Mg-Sc合金的冷拔线材的再结晶温度和再结晶的形核机制。结果表明,该合金线材的再结晶起始温度为375℃,再结晶终了温度为520℃;再结晶温度高的原因是细小弥散的Al3Sc粒子对位错和亚晶界的钉扎作用;该合金线材的再结晶形核机制为亚晶合并和亚晶长大的双重作用。     

在工业中采用钛合金的微弧氧化

采用硬度测试，金相显微观察和透射电镜分析等方法，研究了微量稀土Er对高纯铝再结晶行为的影响，结果表明，弥散分布的细小Al3Er质点对位错和亚晶界具有钉扎作用，可以有效抑制再结晶，将高纯铝的再结晶温度提高50左右，同时还能显著细化再结晶晶粒，再结晶形核机制是亚晶聚合和亚昌长大双重机制。     

相场方法研究变形镁合金的晶粒分布

结合多态相场(MSPF)模型与晶体畸变模型,获得变形镁合金初始变形晶粒组织以及合金内部的非均匀储存能分布,计算模拟不同退火温度条件下的再结晶形核和晶粒长大的微观演化过程,分析退火温度对再结晶晶粒长大和晶粒尺寸的影响,对比不同时刻的再结晶晶粒分布特征。结果表明:在相同的变形条件下,位错密度高的区域,如晶界附近,储存能较高,再结晶形核最先在高储存能区域出现,并通过合并与吞噬机制长大;而在变形晶粒内部,储存能较低且分布相对均匀,再结晶过程中形核长大较慢。不同退火温度下晶粒尺寸权重概率的分布表明:低温下会出现双峰结构和异常晶粒长大现象;高温下晶粒长大较快,晶粒尺寸分布向大尺寸方向变化且趋于均匀。     

Al－Mg－Li系01420合金的再结晶

对Ａｌ－Ｍｇ－Ｌｉ系０１４２０合金的再结晶温度和再结晶形核机制进行了研究。结果表明：其再结晶的开始温度为４００℃，终了温度为５００℃；再结晶温度较高的原因是ＺｒＡｌ３为一种有效的再结晶抑制剂，可对位错和亚晶界起钉扎作用；在再结晶过程中有两种形核机制即亚晶聚合和亚晶长大。     

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。     

不同形态第二组织低碳钢的铁素体动态再结晶

借助热模拟压缩变形实验以及SEM，TEM，EBSD技术，研究了基体为铁索体、第二组织形态分别为片层状珠光体及颗粒状渗碳体的低碳钢在600-700℃，形变速率为10^-^3-10s^-^3范围内铁索体相区的热变形特征及铁索体动态再结晶组织演变规律，并对机理进行了初步探讨．结果表明：第二组织形态分别为片层状珠光体和弥散分布的颗粒状渗碳体的低碳钢均可发生铁索体动态再结晶；与颗粒状渗碳体相比，珠光体存在时动态再结晶开始发生和进入稳态所需的形变量都较高，再结晶进入稳态阶段后铁索体平均晶粒截径较大，说明微米级颗粒状渗碳体促使铁索体动态再结晶形核及发展的能力，其钉扎铁索体再结晶晶粒晶界，抑制长大作用明显．     

热变形低碳钢中奥氏体静态再结晶介观尺度模拟

采用晶体塑性有限元（CPFEM）和元胞自动机（CA）耦合的方法模拟了热变形低碳钢的静态再结晶．CPFEM的计算结果定量描述了介观尺度上奥氏体变形储能的不均匀分布,为模拟再结晶的形核和长大提供了依据,从而在再结晶CA模型中考虑了不均匀变形的影响．模拟结果显示：变形储能分布不均匀使得再结晶在不同位置的形核密度不同,形核集中在晶界以及晶内储存能较大的区域;随着临界形核储能的降低,形核数量增加,再结晶晶核的位置分布趋于均匀．对不同形核判据下的再结晶动力学也作了讨论．     

PARTICLE STIMULATED NUCLEATION AND THE FORMATION OF RECRYSTALLIZATION TEXTURE IN Al-Mn ALLOY CONTAINING PARTICLES Ⅰ. Deformation Zones Around Particles and Particle Stimulated Nucleation

利用ＳＥＭ中的和射电子衍射技术研究了Ａｌ－１．３Ｍｎ（质量分数,％）合金中没形变取向基体中粒子周围亚晶以及再结晶初期相应的粒子促进形核晶粒的取向分布,并将结果与单昌中的情形进行了比较。     

Al-Mn合金中粒子促进形核及初期再结晶织构 Ⅰ.粒子周围的形变区及粒子促进形核

利用SEM中的背散射电子衍射技术研究了Al—1．3Mn质量分数,％）合金中不同形变取向基体中粒子周围亚晶以及再结晶初期相应的粒子促进形核晶粒的取向分布,并将结果与单晶中的情形进行了比较结果表明,多晶中各形变取向基体中粒子周围亚晶转动的规律及粒子促进形核晶粒的取向与同取向单晶中的情况相同,并非是随机分布的．文章的第二部分将分析粒子与其它形核地点（晶界、立方带）的交互作用以及再结晶织构的形成     

Computer modeling of particle pushing and clustering during matrix crystallization

Two-dimensional cellular automaton computer simulations were carried out to model the geometric interaction between mobile, equiaxed particles and growing matrix grains, thus simulating crystallization (respectively, recrystallization, phase transformation or solidification) of a matrix material containing a mobile second phase (e.g. solid particles, liquid droplets or gas bubbles). The model allows the study of particle pushing by growing grains, which leads to particle accumulation and clustering at grain boundaries and triple points, and concomitant particle depletion within grains. Parameters explored are particle area fraction, particle settling speed, particle cluster mobility and grain nucleation rate under continuous nucleation conditions. These parameters are found to strongly affect the particle spatial distribution and clustering during and after crystallization. Conversely, the particles have no measurable effect on the grain shape or size. Finally, site-saturated nucleation at the boundaries of the simulation field is investigated, simulating e.g. solidification from crucible walls or recrystallization from sample edges. Pronounced clustering of particles takes place at grain boundaries and is further accentuated by particle settling.     

A quantitative analysis of the evolution of texture and stored energy during annealing of cold rolled copper

The experimental evolution of the global texture during recrystallization of cold rolled copper is presented after various rolling reductions. After presentation of the method used for the decomposition of the orientation distribution functions obtained from X-ray diffraction measurements into gaussian peaks, the behavior of each texture component is studied. This quantitative analysis coupled with stored energy measurements also obtained by X-ray diffraction allows the oriented nucleation and growth mechanisms to be linked to stored energy variations. The proposed mechanisms are then confirmed by local observations obtained by EBSD.     

Al-Zn对称成分合金不连续析出组织的再结晶

采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜研究了Al 4 0 %Zn(摩尔分数 )二元合金的不连续析出细片层组织在冷轧后重新加热时所发生的再结晶。根据加热过程中的显微组织变化 ,确定了该合金再结晶的形核及长大机制。结果发现 ,再结晶的 2种机制为非典型形核长大机制的连续粗化和典型形核长大机制的不连续粗化 ,后者又分为在团域界面、滑移带等处发生的以变形储能为主要驱动力的粗化和在变形量很小区域发生的以界面能为主要驱动力的粗化。     

取向电工钢中MnS析出粒子在冷变形过程中的行为

利用场发射扫描电子显微镜观察了试验材料Fe-3.12%Si-0.11%Mn-0.021%S中MnS析出粒子在变形量为0%～68%的冷压缩加工过程中的分布状态,统计了MnS粒子的总面密度及不同尺寸范围粒子的面密度,分析了冷压缩加工过程中MnS粒子的变化规律。结果表明,冷变形过程造成了几十纳米尺寸MnS粒子的碎化和10 nm以下粒子的少量回溶行为;但未能造成尺寸过于粗大粒子的细化。分析认为,MnS粒子与基体的界面能和塑性变形造成位错密度的明显升高构成了细小粒子回溶的驱动力。MnS粒子在冷轧过程中的细化,有利于防止初次再结晶晶粒粗化,促进取向电工钢二次再结晶过程的顺利进行及锋锐Goss织构的生成。     

Grain refinement of a Fe3Al-based alloy using κ-Fe3AlC precipitate particles stimulating nucleation of recrystallization

Effects of particle distribution level on recrystallization were investigated in a Fe₃Al-based alloy containing coarse κ-Fe₃AlC precipitate particles. Volume fraction of 10–12% of rod-like κ particles with different size and interparticle spacing was introduced within the Fe₃Al matrix by changing the cooling rate from 1200 °C, which is above the precipitation temperature of the κ phase. These samples were warm rolled at 700 °C to a total reduction of 75%. Annealing of the warm rolled samples produced complete recrystallized structures. The average recrystallized grain size against interparticle spacing showed a valley-shaped curve with a minimum size of 20 μm. Orientation analyses of the warm rolled samples with high resolution EBSD method revealed that the valley shape of the curve may be explained by the particle stimulated nucleation density of recrystallization around κ particles, dependent on the particle distribution.     

Mg2Si强化相对AZ31镁合金挤压组织与力学性能的影响

通过Al-Si中间合金取代Al添加,并经热挤压成形,在AZ31镁合金中引入Mg₂Si强化相。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、电子万能试验机等研究了Mg₂Si强化相对AZ31镁合金挤压组织与力学性能的影响。结果表明,添加Al-Si中间合金后的Mg-3(Al-Si)-Zn挤压组织呈现明显的双峰分布特征,Mg₂Si颗粒相可通过粒子激发形核(PSN)作用促进动态再结晶,在碎化的Mg₂Si颗粒相周围,合金组织显著细化,形成明显异于其他正常尺寸晶粒的细晶区。引入Mg₂Si强化相后,Mg-3(Al-Si)-Zn挤压态合金的屈服强度和抗拉强度都得到提高,分别达到175和269 MPa,同时伸长率略有降低。