ChatGPT赋能材料科学基础课程教学

随着人工智能技术的不断发展,ChatGPT借助其强大的文本理解力,有望成为教学中有力的辅助工具。探讨了在本科教学中应用ChatGPT的可行性,结合材料科学基础课程教学内容,梳理了ChatGPT在问答辅导、试题辅助、备课辅助等教学中的应用场景,并进行了案例说明。实践证明,ChatGPT等人工智能技术在本科教学中的应用具有较高的可行性,能够有效提升教师的备课效率和解答学生的专业问题,从而提升教学质量和效率。

薄规格取向硅钢晶粒异常长大时的组织、织构稳定性与表面效应分析

0.20 mm及以下厚度的薄规格取向硅钢由于显著的表面效应生产难度更大,开发时更容易造成降级或废品率。由于这些高端取向硅钢生产技术保密而很少有相关细节报道,并且不同的成分体系对应的组织、织构及抑制剂参数和工艺参数应该有所差异,因此各企业需要自己摸索它们之间的关系。本文基于企业开发成功的0.20 mm产品,在实验室条件下全面考察其工艺的可重复性及组织结构变化的敏感性,揭示了由一次再结晶到高温退火1200℃关键温度下的基体取向类晶粒、异常长大类晶粒的尺寸、取向及抑制剂的特点。希望从理论上澄清薄规格化带来的显著表面效应和关键组织织构参数,为全面提升我国整体取向硅钢生产控制的理论水平打下基础。结果表明,该样品在实验室高温退火也显示出好的重复性,对应的一次晶粒尺寸平均值约18μm,二次再结晶温度1050℃,二次再结晶温度区间在15℃以内,二次再结晶前平均基体晶粒尺寸长大不超过1μm。

电工钢在线铁损数据分析及钢卷评价系统建立

电工钢生产线上都具有在线铁损曲线数据,为现场产品质量的及时诊断提供了有价值的信息,但不少企业对该数据尚未充分利用,既未将其用于产品整卷质量定量评价,也未用于考察工艺参数对磁性影响的统计性分析和各种质量问题的自动诊断.本文结合对现场数据的一些了解,以及检测现场工艺参数调整时磁性能变化遇到的困难,提出利用这些数据定量整体评价整卷质量的思路,并初步编制了相关计算机软件,随着该系统在实践运用中的进一步完善,必将可以更好利用这些数据精确评价、控制整卷产品的质量.

低温加热渗氮型取向硅钢二次晶粒取向度下降成因分析

低温加热渗氮型取向硅钢二次再结晶完全、磁性能却不高是一种常见的现场质量问题,其成因的判断及问题的解决对降低生产成本至关重要。本文对两组企业生产中存在上述现象的低温渗氮钢的一次再结晶板进行高温退火中断实验,确定其二次再结晶温度及基体晶粒和二次晶粒的取向分布特征,探索其成因。结果表明,磁性能下降的原因是二次晶粒取向度偏差大,主要向{110}<227>取向偏转;其本质是一次晶粒尺寸偏小,二次再结晶温度提前了约50℃;高斯晶粒以外的偏高斯取向晶粒优先形成。两组样品的差异不在于其二次再结晶温度不同,而是二次晶粒的偏差度不同。这种差异又反映出两组样品微小的一次退火组织织构和抑制剂的差异或成分波动性。

相界面及相变晶体学择优

固态相变是调控材料微观组织的一种重要手段。相变过程中,为了降低新相的形核能垒,新相与母相之间倾向于形成特定的位向关系,从而实现低能界面结构。两相之间这种形成特定晶体学特征的现象被称为相变晶体学择优。与相变热力学及相变动力学一样,相变晶体学也是理解微观组织形成不可缺少的知识。两相界面结构是理解相变晶体学择优规律的关键。由低能界面与界面匹配之间的关系出发,介绍了理解相变晶体学择优规律的几何模型及其应用。首先介绍匹配好区的定义,接着介绍定量描述匹配好区分布及界面位错结构的O点阵理论,以及由O点阵理论衍生出的相变晶体学几何模型和方法。相变晶体学模型输入简单,通常只需两相晶格常数,即可输出丰富的相变晶体学数据。最后以双相不锈钢中奥氏体析出相的相变晶体学为例,介绍了作者近年来开发的相变晶体学计算软件PTCLab的应用。此外,介绍的方法原则上适用于晶界的分析。

常化处理对50W800电工钢组织、织构与磁性的影响

以企业不常化的50W800热轧板为初始材料,利用金相显微技术、EBSD技术,对比研究了不同常化温度对50W800成品板组织、织构及磁性能的影响.结果表明,常化后板材表层晶粒显著粗化,晶粒尺寸可达500μm以上,这层粗大的晶粒有利于成品板的磁性能,常化可提高0.041 T的B50磁感,降低0.6 W/kg的P1.5/50铁损.与不常化的成品板对比,经过常化后的成品板{111}织构比例降低,Goss织构比例略有增加,磁感增加.成品板晶粒尺寸与初始的常化板晶粒尺寸没有直接对应关系,常化板晶粒尺寸越大,形变剪切带形核越多,成品板再结晶晶粒尺寸越小;晶粒长大阶段非{111}取向晶粒长大能力明显高于{111}取向晶粒,延长保温时间可有效发挥常化的改善磁性的作用.

大规格TC18钛合金棒材多火次锻造中β相织构演变规律

对大规格TC18钛合金棒材进行了10火次锻造。选取构成"高-低-高-低"一个锻造循环的4个代表性火次,利用电子背散射衍射(EBSD)技术对棒材中心到边部β相的取向特征进行了研究。结果表明,通过对多火次锻造过程中温度参数和形变参数的配合设置,使得锻造循环完成后中心到边部<100>织构极大弱化,并获得了受力时表现为高强度的有利织构<110>与<111>。950℃对应TC18钛合金棒材锻造时β相的再结晶温度,β相的再结晶织构接近随机织构。在低于950℃锻造时,不同火次下中心区均出现<110>和<111>织构,这是拔长织构和拔长后保留下来的墩粗织构。边部的形变织构为<100>和<111>,这是边部因拔长时形变相对较小而保留墩粗时的压缩织构,并且随着锻造火次的增加,<111>织构比例增多,保证了边部的高强度。

纯钛棒材与板材力学性能各向异性的测定与分析

六方结构钛晶体力学性能与织构的关系已清楚,但多晶钛材料的性能除受加工方式不同对应织构不同的影响外,还受晶粒尺寸、晶粒形变程度及纯度的影响,因此实际的钛合金性能变化波动明显,成因也难以简单确定。本文选取不同方式加工的单相α钛(TA2)板材及棒材,通过测定不同方向的力学性能和对相应组织的取向成像,考察性能波动程度并分析性能变化的原因与织构的贡献。结果表明,棒材和板材都显示了力学性能各向异性且各向异性特征不同。棒材的径向为高强度、低延伸率状态,而轴向为高强度、高塑性状态,与织构有较好的对应关系,即样品中<0001>c轴||拉伸轴的晶粒越多,强度越高。动态再结晶发生时,对应2种不同的状态,含c轴<0001>晶向的径向样品强度高,动态再结晶后软化速度快;而轴向样品相反,热强度低、软化速度慢。板材显示了明显不同于棒材的各向异性特点,0°、30°样品有高的屈服点、低的加工硬化率和低的延伸率,而60°、90°样品有低的屈服强度、高的加工硬化率和高的延伸率。这些特点与织构有好的对应关系,可以用柱面、基面滑移的关系来解释。

TB6药型罩锻造过程的织构模拟及与铜和钽锻造的对比

模拟了药型罩用TB6钛合金在不同锻造工艺下的织构形成规律,并与钽和铜的模拟结果对比。首先通过实验与模拟进行对比,验证模拟的可行性,其次通过有限元方法模拟分析了TB6钛合金四方拔长过程中不同部位温度、等效应力和等效应变的差异,之后利用VPSC(粘塑性自洽模型)模拟不同材料锻造工艺下的织构演变规律并进行对比分析。结果表明,体心立方β相和钽中心织构与边部存在较大的不均匀性,面心立方铜织构类型波动较小;多边拔长有利于弱化四方拔长过程中产生的平行于轴向的{110}强织构;压缩型织构在以后的拔长过程中依旧可以保留。

TC18钛合金棒材锻造织构的模拟

通过三向锻造方式模拟TC18钛合金棒材锻造过程织构形成的规律和不均匀性。首先用有限元法模拟了三向锻造时样品不同区域的温度、等效应力和等效应变的不均匀性。然后模拟了对应β相(bcc结构)不同位置,不同锻造阶段和不同初始织构对其织构的影响。结果表明,在三向锻造的顺序锻造过程中,心部织构变化程度远大于边部。三向锻造后心部出现立方压缩织构和黄铜型拉伸织构,边部出现较弱的{100}和{111}压缩织构。初始织构有显著的影响,随机分布的初始织构下,最后一次压缩决定最终织构;偏离随机分布的弱织构时,最终织构也接近随机状态;但不同类型的强初始织构存在时,三向锻造后都难以彻底改变初始织构的影响,最终织构都有初始织构的特征。进行了三向压缩时不同形变量的组合对织构的影响模拟,确定出了特殊织构形成的条件。最后还给出横向位置变化和轴向位置变化时织构变化的差异。

热轧硅钢表层动态再结晶区形成规律及剪切织构特征

将具有柱状晶组织的Fe-2.5Si-0.8Al硅钢铸坯进行了多道次热轧,利用EBSD技术研究表层动态再结晶区的形成规律及剪切织构特征,并确定细晶区内不同剪切取向的分布规律。结果表明,88%压下量下热轧板次表层形成了明显的水平带状动态再结晶细晶区,动态再结晶区被多种剪切取向形变晶粒包围。热轧时,次表层受到较大的剪切力使铜型织构更易出现,造成动态再结晶区内再结晶及附近形变的铜型织构组分均多于黄铜型和Goss剪切织构组分。过大的剪切作用不利于Goss织构的形成和保持,导致动态再结晶区内Goss织构组分的比例很少。黄铜型织构出现在动态再结晶区内及附近的比例相差不大,说明黄铜型织构的形成位置不受限制。在此基础上,将实验室热轧板与98.9%压下量的工业热轧板表层剪切织构进行对比,工业热轧板次表层至接近中心层(次表层与中心层之间位置)Goss织构组分最多。

大型TC18钛合金棒材多火次锻造过程的织构演变模拟

使用了一种多尺度耦合的方法来预测大型TC18钛合金棒材织构。首先采用宏观有限元方法,模拟了TC18钛合金棒材在接近实际工艺条件下的多火次锻造过程,并得出了在锻造过程中棒材芯部与边部的等效应变及剪切应力σ分布不均匀的特征。然后,通过宏观有限元模型与介观粘塑性自洽模型(VPSC)多尺度耦合的方法模拟得到了锻造过程中棒材芯部和边部织构的演变情况。结果表明,六方锻造方式使棒材芯部由{110}<112>织构过渡到{111}<110>织构,并由{110}<110>织构过渡到{111}<110>织构。整个锻造过程中即是{111}型织构与{110}型织构相互转变的过程。这种过渡织构在极图中呈现出类似于剪切织构的特点,经分析:这种织构并非是剪切织构,而是锻造过程中由六方锻造方式和{110}、{111}型2类织构间的相互转变共同作用下形成的。经过棒材的形变过程,边部形成了{100}和{111}型2种织构。通过对比发现,六方锻造方式不仅不易生成{100}型织构,而且有利于{100}型织构的减弱和消除。拉伸试验结果表明,六方锻造样品的力学性能均达到标准要求。

大型TA19钛合金棒材形变及相变织构模拟

密排六方结构相具有显著的各向异性特征,室温时TA19钛合金棒材中一次α相含量占70%以上,因此α相织构对TA19钛合金棒材力学性能的好坏起主要作用,有效的织构预测能够大大地降低生产成本,提高生产效率;也能帮助确定织构形成机制。本研究采用宏观有限元模型和介观粘塑性自洽模型(VPSC)多尺度耦合的方法,并考虑β→α相变过程,模拟了大型TA19钛合金棒材接近实际工艺条件下的锻造过程。首先模拟得到了相变点以上棒材心部、R/2和边部的β相形变织构;然后通过分析不同位置的β相织构特征,根据Burgers取向关系得到了棒材冷却过程中发生β→α相变时不同的变体选择规律,得到α相相变织构;最后结合相变后棒材心部、R/2和边部的α相织构特征,分析了不同初始取向的α晶粒在不同滑移系开动时的取向变化,并模拟得到了最终的α相形变织构。通过最终模拟结果与实际锻造结果对比,发现两者吻合良好。说明本模型对钛合金棒材锻造过程中形变及相变织构的预测具有良好的可靠性,这对钛合金锻造棒材中织构的控制与调整具有重要意义。

Application of the O-line model to martensite crystallography

The O-line model is usually applied to precipitation crystallography.Its application to investigation of martensite crystallography has received little attention.In this paper,the relationship between O-line model and the prism matching model for martensite crystallography is established.The formulas in the O-line model are applicable to martensite crystallography.Analytical solution of the habit plane corresponding to the minimum shape strain has been derived.A calculation example of {3 10 15}f martensite in a ferrous alloy is provided.While the results are in agreement with the former models for martensite crystallography,the advantage of O-line model is that it offers analytical solutions,facilitating further systematic investigations.