微觀組織建模的案例
精沖鋼微觀組織對其力學性能和精沖性能影響的多尺度模擬研究
精沖用碳鋼常見的三類微觀組織如圖1所示，包括球化退火組織、含碳化物帶的組織和未退火含珠光體的組織。在后文的建模過程中，統一將碳化物簡化為滲碳體，而不再考慮其他碳化物的影響。
圖1 精沖用鋼C15E
基于精沖鋼微觀組織的多尺度模擬
通過數值模擬研究不同微觀組織特征對材料性能的影響是目前精沖成形研究的一大熱點，越來越多的模擬研究傾向于將宏觀有限元模型和微觀組織模型（如代表體積元RVE模型)結合，以對實際宏觀成形過程中的特征變形區域構建局部的微觀組織模擬。
宏微觀建模
根據精沖試驗中模具的實際尺寸在ABAQUS/Explicit中建立二維宏觀有限元模型，如圖2a所示，以獲得關鍵區域的變形情況。精沖變形主要集中在間隙處的剪切區域，因此對該區域進行網格加密處理。此外，對剪切區域除中心一層單元以外的單元運用ALE自適應網格的方法，防止網格畸變。中心區域的一層單元將以正常的拉格朗日模式變形，有限元軟件記錄單元節點的位移變化。
圖2 多尺度精沖有限元模型
RVE建模方法有兩種：一種是利用軟件生成理想化退火態的球形碳化物顆?！F素體基體RVE模型，另一種是基于真實的金相組織建立珠光體—鐵素體RVE模型，如圖2b所示。
微觀組織建模
⑴理想化退火態微觀組織RVE模型。
上文提及的兩種RVE模型建模方法，同樣適用于純微觀模擬研究，區別僅在于模型的邊界條件。若對RVE模型施加拉伸或剪切邊界條件，可分析材料不同的微觀組織對拉伸或剪切性能的影響。在冷軋鋼的退火態微觀組織中，滲碳體近似于球狀顆粒，或隨機或以碳化物帶的形式分布在鐵素體基體中。因此建立的二維RVE模型將滲碳體等效為圓形的第二相顆粒，利用軟件直接生成不同直徑、不同體積分數或不同分布狀態的球狀顆粒。在純微觀模擬研究中，考慮到球狀滲碳體的實際尺寸，將RVE模型整體尺寸設為20μm×20μm。
展開 微觀組織仿真實例分析
鐓粗實驗，然后對其進行微觀組織仿真，無需大家進行二次開發，便可進行簡單的微觀組織仿真，前提條件是你有相關的材料參數哦！直接上文件，大家下載后查看。有問題跟帖，大家一起討論。
微觀組織.rar
看DEFORM在高溫合金微觀組織計算中的應用
在1.5個ASTM點內預測了表面微觀結構。在加利福尼亞州安姆福雷的另一個壓力鍛造廠也進行了新模型的試驗，晶粒度預測精度同樣令人印象深刻。
JMAK模型雖然不完善，但是很實用。其中一些案例是由中型鍛造車間的工程師在SFTC工作人員的指導下模擬的。這些模型需要校準，并且一些模型系數可能根據壓力機和錘鍛等設備的不同發生變化。
來源：安世亞太
鈦及鈦合金金相制備及微觀組織欣賞
圖1 a)Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (977°C, 風冷, 593°C - 8h, 空冷, 500x)的微觀組織；和，b) CP Ti (ASTMF67, 2級, 1040°C 退火)表明一種轉變不完全的結構，用三步流程，未用侵蝕拋光(0.5% HF 刻蝕).
圖2 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo樣品第二步后的表面劃痕，用 a) ULTRA-PAD, b) ULTRA-POL, 和 c) TEXMET 1000 拋光片 (200x).
圖3 用3步流程拋光的例子，不用侵蝕性拋光液，(在第3步用一種MICROCLOTH SUPREME拋光布)拋光，a)軋制 Ti-8Al-1Mo-1V (500x); 以及, b) CP Ti, ASTMF67, 2級, 1040°C 退火 (200x) 展示較好的結果 (0.5% HF etch).
圖4 用3步拋光流程拋光的例子，不用侵蝕性拋光劑，第3步用MICROCLOTH SUPREME，拋光，a) 軋制 Ti-8Al-1Mo-1V(500x), b) 退火Ti-5Al-2.5Sn(200x); 以及, c) 退火 CP Ti (ASTMF67, Grade 2, 200x), 用Kroll試劑刻蝕，α相顯示較差的結果在b) 和 c)。
圖5 在第3步中向二氧化硅中添加侵蝕性拋光劑(用 a MICROCLOTH 拋光墊)獲得非常良好的結果，(在第2步中用 ULTRA-POL掃光墊) a) 熱處理 Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (500x); 以及, b) CP Ti (ASTMF67, 4級, 704°C 退火, 200x),兩者都用Kroll試劑刻蝕.
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球墨鑄鐵件表面球化衰退的微觀組織特征及防止措施
很多文獻認為球鐵件表面微觀組織球化衰退成片狀石墨或蠕蟲狀石墨主要是由于苯磺酸受熱氣化進入熔融金屬表面消耗表面層內殘留有效Mg引起的，但均沒有明確說明Mg的存在形式，有待于深入研究。本文的目的是對苯磺酸硬化呋喃樹脂砂生產的球墨鑄鐵件表面球化衰退的微觀組織特征及防止措施進行研究，并對球墨鑄鐵件表面球化衰退層微觀組織中的第二相粒子結構進行了分析，給出切實可行的表面球化衰退的防止措施。
1、試樣方法
選用車間生產橋殼及減速器殼球鐵鑄件用牌號QT450-10，其化學成分(質量分數)為：3.7%-3.9%C、2.6%-2.9%Si、0.2-0.35%Mn、0.1-0.2%Cu、≤0.06%P、≤0.02%S、0.04%-0.06%Mg、0.025%-0.04%RE。試驗合金用中頻感應電爐熔煉，出爐溫度為1480-1520℃，澆注溫度為1360-1420℃。
呋喃樹脂砂的粘結劑用呋喃樹脂，固化劑用對甲苯磺酸，原砂及再生砂采用不同比例。
試驗金相試樣切成10mm×10mm×20mm，通過光學顯微鏡（OM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、能譜分析（EDS）、電子探針（EPMA）及透射（TEM）等對試樣表面的顯微組織、成分分布進行分析。
車間正常生產工藝生產試樣及粘土砂型生產試樣的微觀組織如圖1及圖2。圖1是采用車間正常生產工藝生產球鐵試樣表面球化衰退層微觀組織，圖2是使用粘土砂型生產的球鐵試樣表面球化層微觀組織。
2、實驗結果和討論
2.1表面球化衰退的微觀組織特征分析
a.表面球化衰退層微觀組織中的第二相粒子形成分析
圖3是表面球化衰退層片狀石墨區背散射，從圖3中可以清楚看到球化衰退層內有很多球狀粒子存在，粒子尺寸在1-5μm的范圍內，能譜分析認為這些粒子可能是Mg與S或O形成的。
展開 球墨鑄鐵件表面球化衰退的微觀組織特征分析及防止措施
圖1是采用車間正常生產工藝生產球鐵試樣表面球化衰退層微觀組織，圖2是使用粘土砂型生產的球鐵試樣表面球化層微觀組織。
2、實驗結果和討論
2.1表面球化衰退的微觀組織特征分析
a.表面球化衰退層微觀組織中的第二相粒子形成分析
圖3是表面球化衰退層片狀石墨區背散射，從圖3中可以清楚看到球化衰退層內有很多球狀粒子存在，粒子尺寸在1-5μm的范圍內，能譜分析認為這些粒子可能是Mg與S或O形成的。
基于前期的研究，苯磺酸受熱氣化進入熔融金屬表面消耗表面層內殘留有效Mg引起球鐵件表面球化衰退，消耗的殘留有效Mg可能與S或O形成了第二相粒子，并且第二相粒子存在于表面球化衰退層微觀組織中（如圖3所示）。
b.表面球化衰退層微觀組織中的第二相粒子結構特征分析
圖4是第二相粒子TEM形貌圖片，從圖中可以清晰看出第二相粒子呈近球形八面體形貌。
圖5是第二相粒子TEM衍射圖譜，經過標定，該第二相粒子為FCC結構，a≈5.18A。對比標準的MgS、MgO、MnS、MnO單胞參數，并且結合能譜的結果，可知第二相為MgS或(Mg，Mn)xSy粒子。
展開 攪拌摩擦焊原理：應用案例、常見缺陷及控制措施、微觀組織......
攪拌摩擦焊焊接過程示意
攪拌摩擦焊接頭微觀組織
基于焊縫組織晶粒和析出強化相的微觀結構特點，可以把攪拌摩擦焊焊縫分為4個明顯的區域：焊核區(Stirred或Nugget Zone)、熱力影響區(Thermo-Mechanically Affected Zone，TMAZ)、熱影響區(Heat-Affected Zone，HAZ)以及母材(Base或Parent material)。
焊核區材料經受的嚴重變形和摩擦熱，由晶粒尺寸為1-15μm不等的細小等軸再結晶組織組成。再結晶組織的內部為低密度的位錯，但也有發現再結晶組織的內部卻有高密度的亞晶界、亞晶和位錯。在鋁合金和其他有些的合金中焊核區可以觀察到類似“洋蔥環”結構。
在母材和焊核區之間是攪拌摩擦焊特有的熱力影響區。熱力影響區的特征是存在高度變形的結構。焊核區周圍母材晶粒被拉長變形，盡管熱力影響區也經歷了塑性變形，卻由于沒有足夠大的應力，不發生再結晶。在熱力影響區也有強化相的溶解、粗化，這取決與熱力影響區經歷的熱循環強度。熱力影響區晶粒通常由高密度的亞晶界組成。
熱影響區只受熱的影響，保持與母材相同晶粒結構，但是受溫度的影響，晶粒的尺寸有明顯的長大和強化相的粗化，熱影響區所經歷的溫度對其所包含的亞晶影響較小。
攪拌摩擦焊的優缺點
由于攪拌摩擦焊過程中熱輸入相對于熔焊過程較小，接頭部位不存在金屬的熔化，是一種固態焊接過程，在合金中保持母材的冶金性能，可以焊接金屬基復合材料、快速凝固材料等采用熔焊會有不良反應的材料。
其主要優點如下:
(1)焊接接頭熱影響區顯微組織變化小.殘余應力比較低，焊接工件不易變形。
(2)能一次完成較長焊縫、大截面、不同位置的焊接接頭高。
展開 實驗論證：球墨鑄鐵件表面球化衰退的微觀組織特征及有效防止措施
圖1是采用車間正常生產工藝生產球鐵試樣表面球化衰退層微觀組織，圖2是使用粘土砂型生產的球鐵試樣表面球化層微觀組織。
2、實驗結果和討論
2.1表面球化衰退的微觀組織特征分析
a.表面球化衰退層微觀組織中的第二相粒子形成分析
圖3是表面球化衰退層片狀石墨區背散射，從圖3中可以清楚看到球化衰退層內有很多球狀粒子存在，粒子尺寸在1-5μm的范圍內，能譜分析認為這些粒子可能是Mg與S或O形成的。
基于前期的研究，苯磺酸受熱氣化進入熔融金屬表面消耗表面層內殘留有效Mg引起球鐵件表面球化衰退，消耗的殘留有效Mg可能與S或O形成了第二相粒子，并且第二相粒子存在于表面球化衰退層微觀組織中（如圖3所示）。
b.表面球化衰退層微觀組織中的第二相粒子結構特征分析
圖4是第二相粒子TEM形貌圖片，從圖中可以清晰看出第二相粒子呈近球形八面體形貌。
圖5是第二相粒子TEM衍射圖譜，經過標定，該第二相粒子為FCC結構，a≈5.18A。對比標準的MgS、MgO、MnS、MnO單胞參數，并且結合能譜的結果，可知第二相為MgS或(Mg，Mn)xSy粒子。
展開 預應變對奧氏體不銹鋼焊接接頭微觀組織和氫脆的影響
預應變使奧氏體不銹鋼產生應變硬化的同時也會使其組織發生明顯改變，如亞穩定奧氏體不銹鋼在塑性變形過程中會經歷從奧氏體轉變為α′馬氏體的應力誘發馬氏體轉變，這些組織改變將影響奧氏體不銹鋼的氫脆敏感性。焊接是奧氏體不銹鋼常用的連接手段，其過程中復雜的熱循環使焊接接頭組織和性能更為不均勻，因此，研究預應變對奧氏體不銹鋼焊接接頭組織演變和氫脆失效機制的影響對理解奧氏體不銹鋼氫脆尤為重要。
【成果簡介】
近日，天津大學材料學院研究人員李曉剛、龔寶明（通訊作者）、鄧彩艷（通訊作者）和李一哲（通訊作者）在Corrosion Science發表題為名為“Effect of pre-strain on microstructure and hydrogen embrittlement of K-TIG welded austenitic stainless steel”的研究論文。研究人員將奧氏體不銹鋼焊接接頭分別進行了不同程度預應變后在相同條件下進行預充氫來研究預應變對接頭氫脆失效機制的影響。隨著預應變水平的升高，接頭失效位置從焊縫轉移至母材，研究人員提出失效位置的轉變與焊縫、母材不同的應力誘發α′馬氏體轉變傾向有關。低預應變下，焊縫中預先存在較高的密度位錯，裂紋優先在位錯塞積和氫集中的交互作用處萌生，最終接頭失效于焊縫；高預應變下，母材中貧鎳帶發生嚴重的應力誘發馬氏體馬氏體轉變，馬-奧相界處提供了更多的氫和位錯的累積位置，裂紋優先于此處產生，接頭氫脆失效位置轉移到母材。
展開 你真的得能講清楚什么是金屬材料的微觀組織結構嗎？（ 金屬材料科學與技術）
1什么是微觀組織結構(Microstructure) ？
當我們描述金屬的結構時，我們應該區別其晶體結構(Crystal Structure)和微觀組織結構(Microstructure)。晶體結構主要用來表示一個晶胞(Unite cell)內原子的平均位置，它由晶格類型和原子的分數坐標（例如，通過X射線衍射確定）確定。換句話說，晶體結構主要用來在原子尺度描述材料的形貌。相比之下，微觀組織結構是在微米—厘米尺度范圍內描述材料的形貌特征。微觀組織結構的一個合理的定義是：“材料內部相(Phase)和缺陷(Defect)的排布?！?微觀組織結構的觀察可以采用一系列的顯微鏡進行。在不同尺度下觀察一個特定的材料的微觀組織結構特征時通常會發現差異很大?；谶@一原因，在描述材料的微觀結構時，最重要的是首先確定觀察的尺度范圍。如果尺度范圍選擇不當，就很難得到你想要的結果，也不利于你對材料某些特性的理解和分析。材料微觀組織結構的產生和觀察是一門非常重要的知識，需要認真理解和領會。
隕石的微觀組織結構?
這里需要著重指出，材料的微觀組織結構影響材料的物理特性和行為。我可以通過控制材料的微觀組織結構達到設計材料性能的目的。天然礦物結構可以提供其復雜的歷史信息。微觀組織結構學是所有材料和礦物科學的組成部分。
2還能答出這些微觀組織結構有關的問題嗎 ？
知道“微觀組織結構(Microstructure)”“相(Phase)”“組分(Component)”“缺陷(Defect)”的定義嗎？
鋼的微觀組織結構
您知道如何觀察材料的微觀組織結構嗎？光學顯微鏡的放大倍數和成像原理？普通掃描電子顯微鏡放大倍數和成像原理？
展開 金屬增材制造的微觀結構演化建模與仿真
增材制造工藝仿真主要研究：加工參數、粉末、幾何構型等因素對于宏觀變形、殘余應力、部件微觀內部金相組織及性能的影響。
宏觀控形與微觀控性是金屬增材工藝中兩個重要考察指標：
■ 宏觀控形重點關注翹曲變形、部件開裂、刮板碰撞或支撐開裂等問題；
■ 微觀控性需要關注孔隙率、相變、球化、顆粒尺寸、一次和二次枝晶結構和初始位錯密度等微觀特性，這些將決定金屬件力學性能和特性。
本期專欄，分享3D科學谷結合《Modeling and Simulation of Microstructure Evolution for Additive Manufacturing of Metals: A Critical Review》論文中的探索，來理解仿真對金屬增材制造微觀控性方面的作用。
微觀的世界，更多挑戰
根據安世亞太，金屬增材制造過程獲得的微觀組織結構將直接影響成型件的性能，獲得高致密度和具有良好晶粒取向及大小的晶體組織是金屬增材制造的重要目標。受金屬增材制造復雜過程的影響，晶體的仿真分析也具有相當的難度。[1]
通過宏觀分析或介觀分析得到的溫度場或相變結果數據后，可進一步計算得到熱梯度、固化速率、冷卻速率和形態因子，這是微觀尺度進行金相組織模擬的輸入參數。[1]
微觀組織數值模擬通常包含確定性方法、概率法和相場法。
■ 確定性方法通常有前沿跟蹤法，概率法則包含蒙特卡羅法和CA法。確定方法和概率方法模擬晶粒生長時都需跟蹤固液界面，以此模擬枝晶的形貌，但對三維形貌模擬有一定困難。
■ 相場方法是以金茲堡-朗道理論為基礎，用微分方程體現擴散、有序化勢和熱力學驅動的綜合作用，用統一的控制方程，不必區分固液相及其界面，能夠直接模擬微觀組織的形成。
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COMSOL微觀多孔介質二維滲流模擬基于四參數隨機生長建模
微觀多孔介質流體
微觀多孔介質廣泛存在于巖石、土層等流體介質之中，這使得流體穿過存在復雜性，滲流的微觀結構決定其宏觀現象，在研究中可采用表征單元體（representative elementary volume，簡稱REV）方法，這就涉及到微觀介質的模型重構。
這里采用AbyssFish四參數隨機生長2D軟件進行微觀多孔介質的構建，V1.1版本軟件通過優化改進的算法，可指定四參數隨機增長的分布概率、生長概率、孔隙率、以及孔隙尺寸特征等參數，并可進行同一參數不同孔隙率的動態輸出，方便對比研究。
這里生成尺寸為寬度為2.0，高度為0.5的多孔介質模型，并將其導入到COMSOL內，多孔介質的孔隙率為70%(白色)。COMSOL模型構建方法可以參考：COMSOL建立孔隙尺度多孔介質結構模型教程
多孔介質中的孔隙為單聯通域，無無效幾何，如果指定的孔隙率過小，軟件生成的孔隙可能非單聯通，需要將非聯通的的幾何進行手動刪除處理。
物理場采用流體流動中的層流，左側為流體入口，右側為出口，以下為流速及壓力計算結果。
模型樣圖
建模采用的AbyssFish四參數隨機生長2D軟件可在下面鏈接下載：
https://www.yqgqt.org.cn/post/1899410
展開 淺談醫學或生物組織建模與分析流程
由于MRI或CT用不同的灰度(grayscale or Hounsfield Units)記載了不同的生物組織,原則上可以重建三維的生物結構.
相關圖像瀏覽與編輯軟件:Radpix, CT/MR viewer.
2. 數據圖像分割(segmentation)
將解剖圖像數據(MRI或CT)轉化為3D模型的過程叫做數據圖像分割(segmentation).這一步非常關鍵.
分割的方法分為自動或手動.手動主要針對分界線模糊的軟組織如肌肉.自動分割的方法有: Threshold, Region Growing and Dynamic Region Growing).
通過分割得到3D模型格式一般為STL (Triangulated surface mesh file:三角形表面網格文件)(也可以保存成其他格式如IGES).STL文件可以很方便導入到其他CAD或有限元軟件中進行設計與分析.
與分割相關的軟件有:Mimics, Analyze, MATLAB, Interachive Data Language, 3D Slicer.
本人推薦使用Mimics或3D Slicer(免費).
(下面介紹得到3D幾何模型后的應用分析)
3. 計算機輔助設計(CAD)
將IGES或STL文件導入CAD文件可以進行設計分析. Mimics中也有專門的CAD模塊.
相關軟件有:AutoCAD,IDES,ProE,Solidworks,UG NX等.
4. 快速成型或制造(Rapid Prototyping-RP, Rapid Manufacturing)
STL文件是快速成型機器和3D打印機的通用格式文件.通過將STL文件導入快速成型機器或3D打印機,可以很快得到生物結構的實體模型.如頭顱,盆骨等.
Mimics中有專門的RP模塊.
展開 上海工程技術大學《JMPT》長篇綜述：鋁/鋼異質材料激光連接技術！
文章還介紹了異種焊接的常用數值分析方法：宏觀尺度上模擬溫度場、流場和應力應變的等效熱源法和熔池仿真法，介觀尺度上模擬熔池微觀組織的相場法、元胞自動機法和蒙特卡洛法；此外，還介紹了機器學習算法在性能預測方面的一些嘗試。文章重點討論了焊接缺陷、接頭形貌、金屬間化合物和界面結合強度對鋁/鋼連接接頭機械性能的影響規律；最后，作者對鋁/鋼異種金屬激光連接技術提出了展望評述。
