激光熔化沉积Al-Mg-Sc-Zr合金晶粒尺寸预测及成形工艺优化

通过激光熔化沉积试验分析了工艺条件(送粉速度、扫描速度和激光功率)对Al-Mg-Sc-Zr合金晶粒尺寸的影响,构建了晶粒尺寸预测模型,优化了成形工艺参数,给出了工艺参数最佳区间。结果表明,相较于激光功率和扫描速度,送粉速度对晶粒尺寸的影响最为显著;随着成形能量密度的增加,合金晶粒尺寸呈现出先减小后增大的演变趋势;采用回归方程构建的晶粒尺寸-工艺参数关系模型能准确预测不同工艺条件下激光熔化沉积Al-Mg-Sc-Zr合金的平均晶粒尺寸,相对误差小于2%;通过响应面分析得到工艺参数最佳区间为:送粉速度2.8~3 g·min^(-1)、激光功率1000~1050 W、扫描速度4~5 mm·s^(-1)。

晶粒尺寸对铌钨合金力学性能的影响

本文以铌钨合金为研究对象,通过熔炼、挤压、锻造制备了两种不同晶粒尺寸的铌钨合金棒材,研究了初始晶粒尺寸对经过热处理后棒材的显微组织和力学性能的影响,研究结果将为制备有特殊性能要求的铌合金材料提供一定参考。结果表明,经过相同热处理工艺处理后,初始晶粒尺寸细小的Φ43 mm棒材形成均匀细小的等轴晶,而初始晶粒尺寸粗大的Φ89 mm棒材形成不均匀且粗大的部分再结晶组织。无论是室温拉伸还是高温(1100℃)拉伸,晶粒细小的Φ43 mm棒材均呈现较好的屈服强度,分别为401 MPa和272 MPa。因此,铌钨合金的屈服强度与棒材初始晶粒尺寸有关。铌钨合金棒材的屈服强度要求越高,越需制备具有细小初始晶粒的棒材。

晶粒尺寸对界面含Cr-O-C防黏层Cu/Ni复合体拉伸性能的影响

通过分子动力学方法研究含Cr-O-C防黏层的具有不同晶粒尺寸的Cu/Ni复合体的拉伸变形。结果表明:当Cu/Ni复合体的晶粒尺寸大于12 nm时,不论界面不含Cr、O和C原子或含有定量Cr、O和C原子,复合体的屈服强度随着晶粒尺寸的减小呈现增大趋势,符合细晶强化规律,晶粒塑性变形主要受晶体内部的位错滑移控制,最大应力增加9.52%;当晶粒尺寸小于12 nm时,由于晶界所占比例的增加,拉伸过程的塑性变形更多受晶界变形控制,屈服强度下降。Cr-O-C界面弱化了Cu/Ni复合体的强度,随着界面上Cr、O和C原子数量的增加,Cu/Ni复合体的抗拉强度随之降低,最大应力下降56.40%,Cu/Ni复合体内部的位错数量也随之降低,转移到Ni表面的Cu原子数量随之减少。

晶粒尺寸对SiC_(p)增强纯Mg材料加工硬化行为的影响

研究晶粒尺寸对微量SiC_(p)/Mg室温拉伸变形过程中材料加工硬化行为的影响。结果表明,SiC_(p)/Mg材料分别在170、200和230℃下以0.1 mm/s速率进行挤压变形后,均发生完全动态再结晶,其动态再结晶平均晶粒尺寸分别为3.9、7.3和9.5μm。通过对挤压变形后SiC_(p)/Mg材料加工硬化行为研究发现,随着晶粒尺寸的增大,SiC_(p)/Mg材料加工硬化作用增大,其主要是由于随着晶粒尺寸增大,晶界对位错的吸收时间较长,导致材料中位错密度较高。

7075铝合金切削加工晶粒尺寸演化过程研究

金属材料在切削加工过程中,表层晶粒在机械载荷和热载荷的剧烈冲击作用下快速再结晶使表面形成晶粒细化层,该细化层严重影响材料使役性能。在研究切削加工晶粒尺寸演化机制的基础上,通过DEFORM仿真软件实现7075铝合金晶粒尺寸演化过程,开展单因素法试验,构建了晶粒尺寸关于切削速度、进给量的预测模型。结果表明:切削速度增加,表层晶粒尺寸增大,细化层厚度减小;进给量增加,晶粒尺寸和细化层厚度在温度和塑性变形共同作用下先增加后减小。通过实验验证,该模型能够较为准确地预测材料表面晶粒尺寸。

氧含量及晶粒尺寸对Ti-Zr二元合金拉伸屈服行为的影响

对不同氧含量的温轧态Ti-Zr二元合金进行不同温度的退火及二次时效处理,发现氧含量与晶粒尺寸影响Ti-Zr合金表现出的拉伸屈服行为。通过拉伸试验、金相分析、透射电镜观察及应变时效和EDS元素分布研究了不同锆、氧含量钛合金的屈服延伸与微观组织的联系。研究结果表明:Ti-12Zr-0.25O合金在晶粒尺度处于1~15μm区间时,表现出典型的屈服延伸现象,随着晶粒尺寸增大,屈服延伸逐渐减弱;氧含量从0.1wt%增加至0.3wt%,Ti-12Zr合金表现出最大的上下屈服点应力差值及最大屈服点延伸率,分别为47MPa,5.2%;仅当锆、氧原子共同存在时,屈服延伸得到明显增强,以Ti-12Zr-0.25O尤甚。

基于机器学习的Cu-Ni-Co-Si合金固溶处理晶粒尺寸预测

Cu-Ni-Co-Si合金在固溶处理后的晶粒尺寸会影响其服役性能。采用3种不同的机器学习方法——BP神经网络、随机森林、长短期记忆网络,分别建立了Cu-Ni-Co-Si合金固溶温度和固溶时间对固溶后晶粒尺寸影响的机器学习预测模型。对比分析3种不同机器学习模型的预测精度,发现BP神经网络模型预测精度最高,其平均相对误差为8.55%。随后采用遗传算法优化BP神经网络。结果表明,所建立的BPGA模型平均相对误差比BP神经网络模型降低了6.47个百分点,其平均相对误差为2.08%,能够有效地为Cu-Ni-Co-Si合金固溶处理工艺参数的选择提供指导。

基于GA-BP神经网络晶粒尺寸预测模型的轮端轮毂锻造工艺优化

目的针对6082铝合金轮端轮毂在热处理过程中出现的粗晶问题,利用基于遗传算法优化的BP神经网络晶粒尺寸预测模型模拟优化锻造工艺方案,避免产生粗晶。方法以遗传算法替代梯度下降法优化神经网络各节点的权值和阈值,建立高精度的GA-BP神经网络晶粒尺寸预测模型,再以轮端轮毂为对象,设计锻造工艺方案并利用Deform进行微观组织仿真,研究压下速率、坯料初始温度对晶粒尺寸的影响,获得最优方案。结果优化模型预测的晶粒尺寸平均值和最大值的平均绝对百分比误差分别为2.55%、0.43%,与常规的BP神经网络相比,准确性有了较大提高。对比不同锻造方案的结果,得到轮毂较优的初始坯料温度为500℃,压下速率为200mm/s,经试验验证,锻件特征位置的晶粒尺寸预测值与实际值之间的误差均在10%以下,表明该预测模型具有良好的工程应用价值。结论遗传算法的引入大大增强了BP神经网络的全局寻优能力,提高了模型的准确性。在Deform中复现的预测模型对锻件的晶粒尺寸分布有较好的预测效果,并基于此成功模拟、优化了轮端轮毂的锻造方案。

残余应力、晶粒尺寸对铍纳米压入行为影响的数值分析

通过纳米压痕和电子背散射衍射(electron backscattered diffraction,EBSD)技术获得金属铍在晶粒尺度上的表面微力学行为(性能)信息,基于ABAQUS对纳米压入过程进行有限元模拟.因数值模拟结果与实测信息相符合,故可获得仿真过程的基本力学性能参数.基于得出的参数,针对残余应力、晶粒尺寸对铍纳米压入行为的影响进行数值分析,结果表明,残余应力、晶体尺寸与纳米压入塑性功、最大深度及残余深度之间存在明显的线性关系;以塑性功为对比依据,残余应力与晶粒尺寸的影响系数分别为0.8525×10^(-12)J/MPa,95.373×10^(-12)J/μm.该研究对纳米压痕力学性能、估计晶粒内残余应力等研究有一定的参考价值.

基于单向测量超声背散射系数的晶粒尺寸评价高效方法

镍基高温合金GH4742具有优异的机械性能,而晶粒尺寸是影响其性能的关键因素.基于物理模型的超声背散射法可以实现晶粒尺寸高效和准确的评价,但受限于复杂模型或多角度声束测量.因此,本文提出了一种只需单向测量的背散射系数法,且无需考虑测量系统等无关因素的影响.基于独立散射模型,推导了只与材料相关的背散射系数;利用空间相关函数描述了晶粒尺寸与背散射系数的关系;采用参考信号剔除干扰因素的影响,实现实验背散射系数的快速提取.制备三组不同晶粒尺寸的GH4742试块进行相控阵超声实验和平均晶粒尺寸评价,并与金相法结果进行对比.结果表明本文方法得到的晶粒度与金相法结果最大相对误差为–22.7%,最小相对误差为–3.7%.

晶粒尺寸对竹节晶铜箔微轧制变形行为影响的模拟

高性能铜箔已经广泛应用于新能源、微电子等领域,为降低其制备成本和调控组织性能,对拉拔−压缩−剪切复合成形条件下的竹节晶铜箔轧制微观变形行为进行研究。建立微观尺度的晶体塑性有限元模型,分析竹节晶微轧制变形的晶粒尺寸效应。该微观模型将每个离散单元只是作为晶粒的组成部分,同时在积分点上采用单晶体本构模型建立本构方程。结果表明:微观层次复合轧制竹节晶铜箔的变形特征表现为高度的异向性和局部化;竹节晶铜箔轧制力变化符合类似Hall-Petch关系,即轧制力随晶粒尺寸的减小而增大;随着晶粒尺寸减小,复合轧制竹节晶铜箔的滑移均匀性和晶界滑移协调能力均增强;动态剪切带和变形带随着晶粒尺寸的减小向晶界偏移。为保证轧制竹节晶铜箔变形的稳定性和进一步减薄,晶粒尺寸小于100μm为宜。

均匀化对Al-Zn-Mg-Cu合金第二相与晶粒尺寸的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)表征,研究了均匀化过程中Al-Zn-Mg-Cu合金的微观组织演变。结果表明,铸态合金晶界中存在大量难溶相Al7Cu2Fe及非平衡共晶相Mg(Zn,Cu,Al)2、Al2CuMg相,在经过420℃/8 h的单级均匀化处理后,部分难溶相和非平衡共晶相回溶到基体中,但还存在大量枝晶偏析,继续进行470℃/36 h第二级均匀化后,非平衡共晶组织和枝晶偏析完全消除。合金的平均晶粒尺寸在两个阶段的均匀化中呈现随时间延长而增加的趋势,基体中残留相及共晶组织的面积分数随保温时长增加而减小,第二级均匀化达到36 h时,相面积分数仅为0.34%,表明均匀化已经非常充分。经过均匀化动力学分析,得出在第二级均匀化温度为470℃时,第二相充分回溶所需保温时间约为37 h,与均匀化的实验结果吻合。

晶粒尺寸对GH4706高温合金显微组织及力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电子显微镜和高温拉伸试验机等研究了晶粒尺寸对GH4706高温合金组织及力学性能的影响。结果表明:GH4706合金涡轮盘轮毂上部晶粒最细小,其次是下部,中部晶粒最粗;随着晶粒尺寸的减小,γ′相的体积分数增大、平均尺寸减小;随着拉伸温度的升高,GH4706合金的强度降低,断后伸长率先下降后升高,断裂方式从脆性断裂转变为韧性断裂。

亚共晶合金晶粒尺寸与相图变量相关双参数模型的检验

提出用于描述晶粒尺寸与工艺条件和相图变量相关联的简单双参数数学模型,然而,这些模型还没有通过良好的实验数据进行充分检验。采用精选的亚共晶合金实验数据检验这些模型,并提出实验数据的选择标准。采用这些双参数模型拟合被选择的实验数据,检查曲线的拟合质量和适用性,从而确定与实验数据吻合更好的数学模型。基于数据分析,探讨溶质元素细化晶粒尺寸的机理。结果表明,晶粒尺寸与合金凝固间隔之间存在明确的依赖关系,这种关系可采用P变量加以描述。晶粒尺寸对凝固间隔的这种明显依赖表明,在充型和凝固过程存在对流的铸锭和铸件中,与枝晶破碎有关的机理是控制溶质元素细化晶粒的主要运行机制。

高强钢多道次热压缩晶粒尺寸模型

为准确描述300M高强钢在多道次热压缩过程中的晶粒尺寸演变行为,解决晶粒尺寸在不同再结晶过程之间不连续的问题,提出了包含15个待定参数的晶粒尺寸演化模型。在温度950~1150℃、应变速率0.01~10 s^(-1)、应变0~0.9、道次间保温时间0~600 s的范围内开展了双道次热压缩实验,结果表明,随着温度的升高和应变速率的降低,平均晶粒尺寸呈增加趋势;亚动态再结晶和静态再结晶在变形后保温大约3 min就发生地比较完全,在后续的保温过程中,晶粒长大非常缓慢。随着应变的增加,再结晶体积分数增加。基于实验结果,通过参数识别获得模型参数,平均相对误差为6.90%,平均相对偏差为3.3μm。将模型集成在DEFORM中,模拟了Ф90 mm×200 mm的圆柱形试样的平均晶粒尺寸变化,并在模锻压力机上开展了验证实验,结果表明所建立的双道次压缩晶粒尺寸演化模型能很好地预测300M高强钢平均晶粒尺寸的演化。

晶粒尺寸对Inconel 718薄板塑性微变形行为的影响:实验与建模

随着航空航天工业的迅速发展,对微型化Inconel 718薄板构件的需求越来越大。然而,晶粒尺寸显著影响金属薄板的塑性变形行为,在很大程度上限制了Inconel 718薄板构件的生产和应用。本文对不同晶粒尺寸的Inconel 718薄板进行了一系列单轴拉伸试验和扫描电镜实验,研究了晶粒尺寸对其塑性变形行为的影响。通过EBSD技术表征了晶粒尺寸、晶粒取向和晶粒平均取向偏差,阐明了晶粒尺寸效应的变形机制。研究结果表明,随着晶粒尺寸的增大,在拉伸应力作用下,晶粒旋转和协调变形机制减弱,取向转变为<232>的晶粒数量逐渐减少,从而导致屈服强度和最大抗拉强度显著降低;此外,随着晶粒尺寸的增大,晶粒内部的塑性变形明显减弱,晶界滑动逐渐成为拉伸过程中主要的变形机制,导致断裂应变减小,韧性断裂特征减弱。本文综合考虑晶粒尺寸和应变量影响,建立了能够应用于Inconel 718薄板的微成形研究的混合材料本构模型。

晶粒尺寸对多层陶瓷电容器可靠性能的影响与机理

通过改变BaTiO_(3)基薄层多层陶瓷电容器(MLCC)的晶粒尺寸,探究其对MLCC性能的影响。通过拉曼光谱、电容温度系数(TCC)曲线、偏压特性、伏安(I-V)特性曲线、变温阻抗谱、击穿电压威布尔分布(BDV)和高加速寿命老化(HALT)等全面系统研究了晶粒尺寸对MLCC的电学性能和可靠性的影响。结果表明:晶粒尺寸显著影响MLCC的偏压稳定性和可靠性。细晶粒MLCC由于具有较高的晶界密度,使其晶界、界面激活能和肖特基势垒得以提高,显著增强了器件的击穿强度和抗老化能力,展现出更好的可靠性。研究结果可以为国内MLCC性能提升提供理论支持和技术指导。

考虑第二相粒子的晶粒尺寸梯度镍基合金晶体塑性有限元分析

晶粒尺寸梯度结构镍基合金具有优异的强度和延展性,但存在于合金内第二相粒子对这些性能的影响尚不明确。为了阐明第二相粒子对梯度结构镍基合金力学性能的影响,将晶体塑性有限元方法结合Hall–Petch法则通过用户子程序方式嵌入至Abaqus软件中,并对晶粒尺寸梯度结构镍基合金的强度和延展性进行了研究,得到了晶粒尺寸梯度结构镍基合金有限元模型的应力和应变云图。进一步探究了位于表层或芯部的不同颗粒尺寸第二相粒子对该合金宏观力学性能的影响,得到了含第二相粒子的晶粒尺寸梯度结构镍基合金的应力-应变曲线图和应力和应变分布图。结果表明:位于表层1号尺寸第二相粒子的镍基合金表现出较高的强度和较好的延展性,强度为1804.96 MPa,应变为20.49%;位于芯部1号尺寸第二相粒子的镍基合金抗拉强度最大,为1902.34 MPa,但延展性最差,为9.68%。随着第二相粒子尺寸的增大,镍基合金的强度逐渐降低。研究结果有助于理解镍基合金的强塑性,并为合金的设计和应用提供参考。

Ti-5Al-3Mo-3Cr-1Zr-0.1Si合金的形变再结晶行为及晶粒尺寸模型

本文对Ti-5Al-3Mo-3Cr-1Zr-0.1Si合金进行两相区变形和单相区退火,研究变形温度、变形程度以及变形-退火衔接方式对合金静态再结晶行为的影响,并建立变形温度和退火后β晶粒尺寸的相关性模型。结果表明:低变形温度有利于细化β再结晶晶粒。这归因于低变形温度下,α相含量增加,增大了β基体的变形储能,促进了β相的再结晶形核。退火后Ti-5Al-3Mo-3Cr-1Zr-0.1Si合金β相的平均晶粒尺寸随变形程度增大而减小,当变形程度超过40%后,β晶粒平均尺寸逐渐趋于稳定,约为136μm。变形后的冷却速率也会影响合金退火后的晶粒尺寸,冷速越快,β晶粒尺寸越大。当合金在预变形后不经冷却直接升温至单相区进行退火时,β晶粒得到均匀细化。

AZ31镁合金热变形动态再结晶晶粒尺寸预测模型

采用热模拟实验方法获得了AZ31镁合金热变形真实应力-真实应变曲线,分析了变形工艺参数对AZ31镁合金热变形动态再结晶晶粒尺寸的影响规律。随着塑性变形应变速率的增大,动态再结晶晶粒尺寸减小。随着塑性变形温度的升高,晶粒尺寸增大。基于Yada模型,建立了AZ31镁合金热变形动态再结晶晶粒尺寸与变形工艺参数关系模型,以及动态再结晶临界应变与变形温度关系模型。晶粒尺寸预测模型计算值与实验值相吻合,最大相对误差为8.5%。临界应变模型计算值与实验值相吻合,最大相对误差为8.1%。建立的动态再结晶晶粒尺寸预测模型和临界应变预测模型的适用条件为变形温度250~400℃,应变速率0.01~1.0 s^(-1)。