Mg-8Gd-(0,3)Sm-0.5Zr合金的动态再结晶生长动力学

利用铸造法制备了Mg-8Gd-(0,3)Sm-0.5Zr合金,并进行了525℃均匀化处理8 h,随后在温度为350~500℃及应变速率为0.002~1 s^(-1)的条件下进行热压缩试验,绘制并分析合金热压缩后的真应力-真应变曲线,构建其动态再结晶生长动力学双参数模型,并分析了合金生长动力学曲线特点及显微组织特征。结果表明:两种合金在热压缩时均发生了动态再结晶,通过双参数模型绘制动态再结晶动力学曲线,发现在高温低应变速率热压缩时,在真应变约0.2时,合金的动态再结晶的体积分数迅速增加至90%以上。对比分析Sm元素添加后的动态再结晶动力学曲线,发现Sm元素促进动态再结晶的进行,尤其在高温低应变速率热压缩时,在变形初期Sm的促进作用更明显。

含钪超高强铝合金在应变速率10^(-3)s^(-1)下的热流变及动态再结晶行为

采用等温热压缩实验和电子背散射衍射分析技术,研究了Al-11.1Zn-2.3Mg-2.0Cu-0.05Sc合金在应变速率10^(-3)s^(-1),变形温度653~733 K条件下的热流变及动态再结晶行为,建立动态再结晶临界应力、临界应变、相对含量、晶粒平均尺寸的拟合方程。结果表明:相关特征参数的拟合方程可以较好地描述含钪铝合金在实验条件范围内的动态再结晶行为。变形温度的升高会增加晶粒内部的取向差,减弱晶粒沿法向的择优取向,有助于动态再结晶的发生。动态回复是含钪铝合金的主要软化机制。随着温度的变化,铝合金微观组织存在不连续动态、连续动态及几何动态三种再结晶机制。

动态再结晶对纯镍热压连接界面结合率的影响

为研究热压连接过程中显微组织演化与连接界面结合效果的关系,以纯镍试棒为载体进行单向热压模拟实验。通过采用不同温度和变形速率的组合,触发不同类型的不连续动态再结晶;对热压后的试棒进行室温拉伸测试和显微组织表征。结果表明:纯镍在动态再结晶过程中,当热压温度高至1100℃和热压变形速率低至0.001 s^(-1)的组合易于触发晶界弓出的再结晶方式,分体试棒连接界面的迁移效应显著,得到高的结合率;而当热压温度低至800℃和热压变形速率高至0.01 s^(-1)时易于产生亚晶合并的再结晶方式,其对界面迁移的影响相对较弱,分体试棒的界面结合率较低。亚晶合并耦合多相场法的界面迁移模型分析同样表明,亚晶合并形核仅能消除小角度晶界,而对大角度晶界(如连接界面)的消除效果较弱。

镁合金动态再结晶模拟研究现状及展望

动态再结晶作为一种有效的软化和晶粒细化机制,一直以来都是热加工领域的研究热点。但金属材料的动态再结晶信息一般只能通过大量的实验获得,近年来,随着计算机的发展,数值模拟技术成为一种有效且可靠的研究动态再结晶的手段,其可以在减少实验的基础上,将结果性实验向过程性实验转移,从而更直观地表征实验结果。本文综述了镁合金动态再结晶模拟研究的各种方法的现状及应用进展,包括人工神经网络法、蒙特卡罗法、元胞自动机法、有限元法和相场法等,讨论了各模拟方法的特点以及局限性,最后提出了进一步的研究方向,以期为镁合金的微观组织演变研究提供更具参考性的方法。

动态热风辅助再结晶策略改善CsPbI_(2)Br钙钛矿在大气环境下的结晶及其光电性能

CsPbI_(2)Br薄膜在大气环境下制备存在覆盖率低、结晶质量差和结构稳定性差等问题.本文提出了一种动态热风辅助再结晶策略(dynamic hot-air assisted recrystallization,DHR),在相对湿度大于60%(>60%RH)的大气环境下,制备出高覆盖率、(100)择优取向、大尺寸晶粒、结构稳定、光电性能好的CsPbI_(2)Br薄膜.这是由于动态热风过程能够有效提高薄膜的覆盖率和获得(100)择优取向的结晶,但晶粒尺寸会显著减小(R_(ave)=0.32μm)并伴随着大量的晶界形成,从而加剧载流子的非辐射复合(τ_(ave)=99 ns);而通过再结晶过程,可进一步提高(100)择优取向的结晶和显著增大晶粒尺寸(R_(ave)=2.63μm),从而提高薄膜的光致发光强度和荧光寿命(τ_(ave)=118 ns).由DHR策略制备的未封装CsPbI_(2)Br太阳能电池具备高光电转换效率(power conversion efficiency,PCE=17.55%)、低迟滞因子(hysteresis index,HI=2.34%)和长期的储存稳定性(air,>60%RH,40天,初始PCE的96%)等特性.

镍基高温合金不完全动态再结晶组织对力学性能的影响及断裂机制

本工作对热等静压态镍基高温合金FGH4096在变形温度为1 080℃、应变速率为3 s^(-1)的条件下进行等温变形,最大变形量为50%,进而研究高温变形过程中该合金组织演变规律,并选取具有典型形变组织的区域在700℃、0.001 s^(-1)条件下进行力学性能测试。基于光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子背散射衍射技术(EBSD)对显微组织和断口的分析测试结果,发现热变形过程中产生的不完全动态再结晶组织从试样截面中心到边缘区域再结晶程度依次降低,中心部位抗拉强度可达到1 422.79 MPa,屈服强度为1 110.3 MPa,延伸率为10.15%。再结晶晶粒形核首先发生在晶界处,形核方式主要为晶界凸出形核。不完全动态再结晶组织中的变形晶粒内部存在亚晶界,对位错的运动起到阻碍作用,使得合金强度提高。合金断口形貌为韧窝状和撕裂棱的混合结构,断裂方式为穿晶断裂。

相场模拟研究AZ31B镁合金的动态再结晶

镁合金被广泛应用于材料科学、航空航天及军事装备等领域。实验发现,镁合金材料在动态加载下的力学响应与介观尺度不连续动态再结晶紧密相关。为此,构建了镁合金动态再结晶的相场模型,以AZ31B镁合金为研究对象,模拟了不同温度(250~400℃)、低应变率(0.01~1.00 s^(-1))加载下的不连续动态再结晶演化过程。再结晶相场模型耦合了塑性应变,实现了应力-应变曲线与再结晶组织演化的迭代求解。模拟发现,再结晶晶粒的体积分数和平均晶粒尺寸随温度的升高而明显增大,随应变率的增大而减小。

TC11钛合金动态回复与动态再结晶高温本构模型研究

采用Gleeble-1500热模拟试验机在变形温度为900~1050℃、应变速率为0.1~10 s^(-1)的条件下,对TC11钛合金进行等温恒应变速率单轴压缩试验。组织观测结果表明,在热变形过程中,TC11钛合金存在明显的动态再结晶现象,变形温度分别为900℃和950℃时,再结晶晶粒尺寸随应变速率增加而先增大后减小;变形温度分别达1000℃和1050℃时,α相含量大量减少,组织演变中动态再结晶机制占主导,晶粒细化明显。为研究此现象对流变行为的影响,结合K-M位错密度模型与动态再结晶分数模型,建立了基于动态回复与动态再结晶现象的流动应力高温本构模型。将此本构模型预测结果与试验数据对比分析,相关性系数和平均相对误差分别为0.989和6.53%,表明所构建的考虑动态回复与动态再结晶的流动应力模型能够准确预测TC11钛合金热变形条件下的流动应力。

HRB600E动态再结晶临界条件及动力学模型的构建

利用Gleeble-3500热模拟实验系统对HRB600E高强抗震钢筋进行研究,考察了变形温度为850~1000℃、应变速率为0.01~10.00 s^(-1)、最大变形量为60%条件下的动态再结晶行为。通过双曲正弦形Arrhenius关系计算HRB600E高强抗震钢筋变形激活能为232 kJ/mol。根据加工硬化原理和Cingara-McQueen流变应力模型得出的数据可以看出两者在动态再结晶的起始临界应力和应变处表现出相当高的一致性,但Cingara-McQueen流变应力模型得到的临界应力值较高。引入Z参数求出临界应力应变与Z参数的关系式为ε_(c)=0.0016Z^(0.18),σ_(c)=1.16 Z^(0.166)。优化Avrami等学者提出的动态再结晶动力学模型,计算出不同条件下的动态再结晶分数,并对计算结果与实验值比较,发现二者具有显著的相关性。

应变量和应变速率对Ni80A合金热压缩过程动态再结晶的影响

本文基于已建立的Ni80A合金动态再结晶模型,在有限元模拟软件中建立Ni80A的热压缩有限元模型;探究热塑性变形过程中应变量和应变速率对Ni80A动态再结晶行为的影响规律。结果表明:动态再结晶体积分数随应变量增大而增大,随应变速率增大而减小;平均晶粒尺寸随着应变量增大而减小,随着应变速率增大而减小。

人工神经网络预测动态再结晶的研究进展与关键技术

本文综述了近年来人工神经网络在预测金属材料动态再结晶方面的研究进展,通过分析加工参数(温度、应变速率等)对动态再结晶的影响程度,并对比多种输出变量(应力−应变曲线、再结晶体积分数等)在判定动态再结晶机制中的作用,构建了一套基于网络输入输出特征的筛选准则。本文对人工神经网络模型的应用进行了详细介绍,包括原始数据的预处理、超参数的整定以及评估指标的选择。最后,在总结当前人工神经网络在动态再结晶机制预测领域研究现状的基础上,提出了一系列值得深入探索的新方向。

两种典型初始取向Mg-11Gd-3Y-0.5Nd-Zr合金的动态再结晶行为

对锻态Mg-11Gd-3Y-0.5Nd-Zr合金进行520℃×18h的退火,再分别沿平行于和垂直于锻造方向取样(0°,90°试样)并沿试样轴向进行高温压缩,研究了不同变形量(25%,50%,70%)高温压缩过程中的动态再结晶行为,分析了塑性变形机制及其对动态再结晶的影响。结果表明:随着变形量增加,0°试样和90°试样的动态再结晶面积分数均逐渐增大;90°试样的动态再结晶面积分数相比0°试样更小,尤其在变形量50%下二者相差最大;0°试样和90°试样的塑性变形机制均为棱柱面滑移;90°试样的无滑移系启动晶粒数量相比0°试样更少,棱柱面滑移施密特因子更接近0.5,小角度晶界密度更大,接近1的晶间变形协调因子占比更大,说明其滑移更容易启动,晶间变形协调能力也更强,变形更分散,更难激活动态再结晶。

Mg-Gd-Nd-Zr镁合金热变形过程中的动态再结晶研究

通过Gleeble-3800热模拟试验机对Mg-Gd-Nd-Zr镁合金进行了热压缩试验,热压缩温度为350~500℃,应变速率为0.003~1 s^(-1),应变为0.7。通过光学显微镜和透射电镜,并基于加工硬化率,研究了合金热变形过程中的动态再结晶行为。研究结果表明,合金热变形过程中呈现出典型的动态再结晶特征,并表现出明显的温度和应变速率敏感性。热压缩温度的升高和应变速率的降低,有利于动态再结晶。再结晶包含晶界弓弯形核,连续动态再结晶和第二相诱发形核三种机制。随着变形速率的增大以及温度的降低,合金的动态再结晶临界应变增大,且临界应变模型为ε_(c)=3.061×10^(-6)×Z^(0.2482)。

20CrMnTi齿轮钢动态再结晶模型的研究

齿轮是机械传动系统的重要组成部分,20CrMnTi作为用途广泛的齿轮钢种,对棒材组织均匀性的要求越来越高。但是随着棒材尺寸增大,组织均匀性的控制难度进一步增加。为提高棒材组织均匀性,通过Gleeble热模拟实验,对齿轮钢20CrMnTi的奥氏体高温变形行为进行了研究,得到了变形温度为950~1150℃,应变速率为0.01~10 s^(-1),压缩应变0.7的真应力-真应变曲线。通过真应力-真应变曲线建立了该钢种的动态再结晶模型,模型包括动态再结晶临界应变模型、动态再结晶体积分数模型和动态再结晶晶粒尺寸模型。为进一步验证模型的准确性,采用阶梯试样进行热轧实验,得到轧后奥氏体晶粒尺寸。将轧制实验得到的奥氏体晶粒尺寸与20CrMnTi钢热-力耦合有限元模型中的再结晶模型计算得到晶粒尺寸进行对比,发现计算值与实验值良好吻合。证明该模型预测精度较高,可为20CrMnTi棒材轧制工艺优化提供相应的理论依据。

工艺参数对2014铝合金热压变形过程动态再结晶程度的影响规律

为获得2014铝合金热成形产品所需力学性能,往往需要利用动态再结晶来实现微观结构的调整,以获得晶粒细小的组织。本文建立了2014铝合金热压缩多场多尺度耦合有限元模型,分析了温度、应变和应变速率三类工艺参数对2014铝合金的动态再结晶体积分数和动态再结晶晶粒尺寸演化的影响规律。结果表明:较高的温度、较大的应变和0.1s-1的应变速率有助于激发动态再结晶机制,获得更为细小的晶粒组织。

Zr/(Sc+Zr)微合金化对Al-Mg合金在热压缩变形中动态再结晶、位错密度和热加工性能的影响

采用热压缩试验和电子显微分析方法研究Al-6.00Mg、Al-6.00Mg-0.10Zr和Al-6.00Mg-0.25Sc-0.10Zr (质量分数,%)合金的变形行为和显微组织特征。结果表明,在最大加工效率条件(673 K,0.01 s^(-1))下变形时,Al-6.00Mg、Al-6.00Mg-0.10Zr和Al-6.00Mg-0.25Sc-0.10Zr合金的位错密度分别为2.68×10^(16)、8.93×10^(16)和6.1×10^(17)m^(-2);其动态再结晶分数分别为19.8%、15.0%和12.7%。中心点平均取向差(KAM)分析表明,通过添加Zr或Sc+Zr,Al-Mg合金晶界附近的位错密度增加。此外,基于动态材料模型(DMM)建立的热加工图表明,添加Zr或Sc+Zr能减小Al-Mg合金的低温不稳定域的范围,但会增大高温和高应变不稳定域的范围。实验结果进一步证明,在变形条件下,仅Al-6.00Mg-0.25Sc-0.10Zr合金在773 K和1 s^(-1)时开裂。

基于动态再结晶−黏塑性自洽模型的A356铝合金高温变形行为

以A356铝合金为研究对象,构建动态再结晶(DRX)模型耦合黏塑性自洽(VPSC)模型,研究其在500℃热压缩下的流变应力、织构演变和变形机制。结果表明:构建的模型能较为准确地仿真A356铝合金高温热压缩变形过程中的流变应力和织构演变;高温热压缩时A356铝合金发生了动态再结晶,对材料起到明显的软化作用,同时弱化了(011)[100]织构组分,但强化了(2ˉ10)[132]织构组分;共晶Si发生的破碎细化消耗了塑性变形功,使晶粒转动角度变小;大部分晶粒形成Goss织构过程中以(111)[011]滑移和(111)[011]滑移为主,形成Brass织构过程中以(111)[101]滑移和(111)[101]滑移为主。

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)。

42CrMoA钢热变形过程动态再结晶行为

目的通过Deform-3D软件模拟42CrMoA钢的热压缩过程,研究在压缩量为60%、变形温度为950~1100℃和应变速率为0.01~10s^(-1)条件下42CrMoA钢再结晶模型的可靠性。方法将热压缩试样沿轴线对半分开,以试样中心和边部位置作为金相观察区,分析42CrMoA钢的热变形行为,将计算得到的动态再结晶临界模型输入Deform-3D软件的前处理模块中,模拟过程的变形参数与实验过程的相同,通过在模拟试样的心部和边部位置进行点追踪,实现模拟结果和实验结果中组织的对比分析。结果在压缩过程中42CrMoA钢真应力的变化受加工硬化和动态软化协同作用影响。随着温度的升高,试样心部和边部的再结晶体积分数均有所上升,且试样心部动态再结晶体积分数大于边部的。模拟结果显示,当温度由1000℃升高至1100℃时,试样心部动态再结晶体积分数由75.6%升高至89.5%,在相同条件下,通过金相观察到试样心部的动态再结晶体积分数由73.2%升高至85.3%。结论基于Johnson-Mehl-Avrami模型改进的Yada再结晶模型可以较好地描述42CrMoA钢的动态再结晶过程,实验结果与模拟结果间的相对误差小于8.35%,验证了动态再结晶模型的准确性。

AG700L动态再结晶热变形本构方程的测算

利用Gleeble-3800热模拟试验机对AG700L试样进行单道次压缩变形试验,记录材料在不同变形温度(900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃)、不同的应变速率(0.01 s^(-1)、0.1 s^(-1)、1 s^(-1)、5 s^(-1))压缩变形70%时的真应力应变曲线。试验完成后对各工艺下的真应力应变曲线进行整理,同时结合奥氏体晶粒结果进行综合分析,摸清了变形温度、应变速率对汽车大梁钢AG700L的动态再结晶的影响规律,通过数据处理计算得到AG700L钢动态再结晶激活能为354.3646 kJ/mol,并建立了动态再结晶热变形本构方程。