晶粒細化
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-26
晶粒細化的視頻教程
abaqus案例：Voronoi與FDEM結合的晶體斷裂仿真專題
插件介紹 3、POLARIS_InsertCohElem插件介紹 4、案例：拉伸彈塑性斷裂仿真（二維多邊形） 5、案例：切削仿真（三維多棱柱） 6、案例：圓柱壓縮破碎仿真（三維多面體） 【案例：晶體拉伸斷裂仿真】 本例采用ABAQUS/Standard隱式計算方法，模型為平面二維多邊形，Voronoi控制點的分布是非均勻的，兩邊密，中間稀疏，類似于金屬材料經過表面處理后的晶粒細化
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ABAQUS材料斷裂與失效系列 之 基于Cohesive方法的斷裂仿真
【案例：晶體拉伸斷裂仿真】 本例采用ABAQUS/Standard隱式計算方法，模型為平面二維多邊形，Voronoi控制點的分布是非均勻的，兩邊密，中間稀疏，類似于金屬材料經過表面處理后的晶粒細化，這種模型需要人為指定晶體控制點位置才能實現；此外，模型中的實體單元采用彈塑性材料的，因此是一種基于Cohesive方法的彈塑性斷裂分析的案例
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晶粒細化的實例教程
晶粒細化不僅可以產生更多等軸晶結構，而且可以改善鋁液流動性，減少鑄造缺陷，是提高材料綜合性能的關鍵手段。通過加入Al-Ti-B、Al-Ti-C等細化劑實現晶粒細化是最為常見的做法，也由此帶動了Al中間合金產業的發展。隨著這些細化劑的推廣使用，人們發現Si元素會削弱其細化作用，即所謂的“中毒”現象。由此，抗Si毒化的Al-Nb-B細化劑成為熱點，但其在制備與使用方面存在粒子沉降速率快、成本高等諸多問題，并且其細化與抗Si毒化機制尚不清楚。
河北科技大學聯合北京科技大學、清華大學等研究團隊，通過在Al-Nb-B中加入Ti，調控制備出富含“三明治”結構(Nb,Ti)B2顆粒的Al-Nb-Ti-B中間合金。測試、計算表明，該結構有效降低了Si原子的吸附傾向，提高了與Al原子的結合強度，同時 (Nb,Ti)B2襯底與Al的晶格失配降低，這些因素共同決定了 (Nb,Ti)B2在Si含量較高時仍具有良好的晶粒細化能力。該研究為調控制備多結構Ni-Ti硼化物顆粒，以設計新型的抗Si毒化晶粒細化劑提供了新的思路，對促進相應中間合金制品的研發有重要意義。相關論文以題為“Revealing the mechanism of grain refinement and anti Si-poisoning induced by (Nb, Ti)B2 with a sandwich-like structure”發表在Acta Materialia上。河北科大蘇孺，北科王沿東，清華荊濤為該文章共同通訊作者，青年教師吳大勇，博士麻思達為共同第一作者。
展開 故促使柱狀晶向等軸晶演化(CET)，獲得具有各相同性的晶粒細化的等軸晶獲得了極大的關注。獲得等軸晶主要通過調節過程參數，例如溫度梯度(G)，S/L界面生長速率(R)，冷卻速率進行制造。并且合金成分也是影響等軸晶形成的主要因素。
為了使CET發生，過冷液體必須存在于柱狀前端之前，以使大部分等軸晶粒形核或使分離的固體碎片或未熔化的粉末存活和生長。過冷(ΔTCS)溶質產生ΔTCS的速率由生長限制因子Q決定，其中具有大Q值的溶質快速產生ΔTCS并且被認為是可以提供有效晶粒細化的生長限制溶質。Ti-6Al-4V中的Al和V溶質不提供ΔTCS (Al和V溶質在Ti 中具有可忽略的Q值)，因此Ti-6Al-4V在AM期間難以實現CET。
【成果簡介】
近日，昆士蘭大學M.J. Bermingham(第一兼通訊作者)在Acta Materialia發表題為“Promoting the columnar to equiaxed transition and grain refinement of titanium alloys during additive manufacturing”的文章。研究人員對基于絲材增材制造過程中凝固的熱力學條件進行了表征，并探索了合金成分對等軸晶形成的作用(β-Ti在La2O3形核，實現了顯著的細化和等軸晶粒形成) 。由于熱環境是動態的，只有當溫度梯度充分降低以允許組分過冷時才能實現等軸晶粒形成。
展開 可以看出，1100℃等溫鍛造時，細晶區晶粒組織也不受鍛造速度的影響，保持細于ASTM 8 級的均勻細晶組織；粗晶區和過渡區晶粒組織隨著鍛造速度的增大，粗晶破碎和再結晶細化的程度增大，其中過渡區晶粒細化程度更大，但仍不能獲得均勻細晶組織。與1080℃等溫鍛造組織演變相比，1100℃時粗晶區和過渡區晶粒細化的程度加大，尤其是較大變形量的過渡區晶粒均勻細化更為明顯。
圖4 GH720Li 合金在1100℃經不同
速度的等溫鍛造后的晶粒組織
1120℃等溫鍛造過程組織演變分析
圖5 為GH720Li 合金試樣在1120℃經不同鍛造速度等溫鍛造后的晶粒組織。可以看出，1120℃等溫鍛造時，細晶區、過渡區和粗晶區的晶粒組織演變規律的趨勢與1080℃和1100℃時的趨勢相一致。與1080℃和1100℃等溫鍛造組織演變不同的是，隨著鍛造溫度升高至1120℃，粗晶區和過渡區組織再結晶程度進一步加深，晶粒組織均勻性提升；過渡區大部分晶粒與細晶區的晶粒度級別相當，但局部還存在粗晶；較高鍛造速度下粗晶區晶粒組織已演變成均勻再結晶組織，但晶粒粗于ASTM 8 級。
圖5 GH720Li 合金在1120℃經不同速度的等溫鍛造后的晶粒組織
綜合分析可知，當棒材初始組織細于ASTM 8 級時，等溫鍛造變形組織基本不受鍛造參數的影響。當棒材初始組織粗于ASTM 4 級時，隨鍛造溫度升高、鍛造速度提升和變形程度增加，晶粒細化和均勻程度增大。1120℃時，過渡區大部分變形組織細于ASTM 8 級，但局部還存在粗晶；較高鍛造速度下粗晶區已演變成粗于ASTM 8 級的均勻再結晶組織。但無論等溫鍛造參數如何變化，初始晶粒組織不均勻時，很難獲得細于ASTM 8 級的均勻細晶組織。
展開 現代鐵水凈化技術
長時間以來，為了減少鐵水中的夾雜物從而獲得純凈鐵水一般使用三種方法：高溫熔煉、過濾網、聚渣劑。高溫熔煉能清除鐵水中的夾雜物嗎？在煉鋼生產中，鋼水溫度高達1700度左右，鋼水中的夾雜物尚需使用“爐外精煉技術”才可以去除，而鐵水最高溫度無非1500度左右，怎么可能清除鐵水中的夾雜物呢？
過濾網能清除鐵水中的夾雜物嗎?過濾網受孔洞大小限制，只能過濾顆粒較大的宏觀類浮渣，假若其孔洞小到可以過濾以微米計算的微觀夾雜物，鐵水如何順暢通過而進入鑄型？因此我們認為：過濾網只能過濾扒渣未盡的鐵水表面浮渣。
聚渣劑只能聚集鐵水表面浮渣而方便扒出，是一種常識，無須多議。因此，使用“高溫熔煉”、“過濾網”、“聚渣劑”等傳統手段，只能解決鐵水表面浮渣，對于混熔或懸浮在鐵水中的各種非金屬夾雜物，事實上是處于束手無策的狀態。
基于上述認識，我們根據“鐵水凈化理論” ，結合在鑄造生產中，使用鐵神一號凈化劑的實際經驗，總結出現代鐵水凈化技術，希望達到三個目的：
一是統一思想。使廣大鑄造工作者認識到：要生產優質鑄件，必須獲得純凈鐵水；
二是使盡可能多的鑄造企業掌握和使用現代鐵水凈化技術，提高國產鑄件產品的質量。
三是使盡可能多的鑄造企業通過生產優質鑄件產品，尤其是生產質量好，成本低的優質鑄件產品，提高盈利能力，從而增加鑄造企業的市場競爭力。
產品咨詢：蔣維亞先生
聯系電話：13699018604（可加微信）
座機電話：028-87150656
展開 現代鐵水凈化技術
長時間以來，為了減少鐵水中的夾雜物從而獲得純凈鐵水一般使用三種方法：高溫熔煉、過濾網、聚渣劑。高溫熔煉能清除鐵水中的夾雜物嗎？在煉鋼生產中，鋼水溫度高達1700度左右，鋼水中的夾雜物尚需使用“爐外精煉技術”才可以去除，而鐵水最高溫度無非1500度左右，怎么可能清除鐵水中的夾雜物呢？
過濾網能清除鐵水中的夾雜物嗎?過濾網受孔洞大小限制，只能過濾顆粒較大的宏觀類浮渣，假若其孔洞小到可以過濾以微米計算的微觀夾雜物，鐵水如何順暢通過而進入鑄型？因此我們認為：過濾網只能過濾扒渣未盡的鐵水表面浮渣。
聚渣劑只能聚集鐵水表面浮渣而方便扒出，是一種常識，無須多議。因此，使用“高溫熔煉”、“過濾網”、“聚渣劑”等傳統手段，只能解決鐵水表面浮渣，對于混熔或懸浮在鐵水中的各種非金屬夾雜物，事實上是處于束手無策的狀態。
基于上述認識，我們根據“鐵水凈化理論” ，結合在鑄造生產中，使用鐵神一號凈化劑的實際經驗，總結出現代鐵水凈化技術，希望達到三個目的：
一是統一思想。使廣大鑄造工作者認識到：要生產優質鑄件，必須獲得純凈鐵水；
二是使盡可能多的鑄造企業掌握和使用現代鐵水凈化技術，提高國產鑄件產品的質量。
三是使盡可能多的鑄造企業通過生產優質鑄件產品，尤其是生產質量好，成本低的優質鑄件產品，提高盈利能力，從而增加鑄造企業的市場競爭力。
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晶粒細化的最新內容
◎ 晶粒細化：形成化合物彌散質點阻礙晶粒長大。
◎ 第二相形成：既可能有益（強化相）也可能有害（腐蝕源）。
二、主流表面處理工藝
1、陽極氧化。分為硫酸（裝飾性）、鉻酸（高耐蝕）、硬質（耐磨），應用于建筑型材和電子部件。
2、化學氧化。分為鉻酸鹽和無鉻轉化，應用于涂裝底層和特殊防護件。
3、電鍍。步驟為預浸鋅處理、化學鍍鎳和表面鍍鉻，應用于模具和航空結構件。
4、噴涂。
</p><p>錳（Mn）：細化晶粒，提高再結晶溫度（3系），兼顧強度與耐蝕性。</p><p><strong>說明: </strong></p><p>★ 元素交互作用：6系中的Mg?Si相是時效強化的核心，比例需嚴格控制（Mg:Si≈1.73:1），否則影響析出效果。 </p><p>★ 2系中Fe>0.5% → 韌性斷崖下跌。
塑料韌性的本質與評價方法的選擇11個月前
例如，PP中加入成核劑提高結晶速率，細化晶粒，從而提高斷裂韌性。
2. 增韌劑的特性和用量
①. 增韌劑分散相粒徑的影響——對于彈性體增韌塑料，基體樹脂的特性不同，彈性體分散相粒徑的最佳值也不相同。例如，HIPS中橡膠粒徑最佳值為0.8-1.3μm，ABS最佳粒徑為0.3μm左右，PVC改性的ABS其最佳粒徑為0.1μm左右。
②.
Python實現可變噴丸角度的隨機彈丸分布
噴丸是一種典型的強化手段，采用高速彈丸反復撞擊材料表面，使表層發生塑性變形，從而引入顯著殘余壓應力，增大零件表面硬度，細化晶粒，有利于提高材料的抗疲勞性能。
噴丸覆蓋率和噴丸角度作為噴丸工藝中最重要的工藝參數之一，直接影響噴丸工藝的加工質量。
⑷采用適當增加鍛造變形量或在兩相區大變形鍛造后增加水冷工藝，再采用兩相區進行固溶、時效處理制度后能夠起到細化晶粒的作用。
來源：《鍛造與沖壓》雜志
與傳統熱軋工藝相比 ,TMCP 工藝可以通過細化晶粒同時提高鋼板的強度和韌性 , 降低韌脆轉變溫度 , 使鋼板碳當量降到 0.40% 以下 , 提高鋼板的可焊性。細晶強化機制在TMCP工藝中起著重要作用因此在成分設計中可以在滿足鋼板所要求強度的條件下降低鋼板的碳當量 , 進而在一定程度上抑制側板條鐵素體等脆性相的生成 , 提高其焊縫熱影響區的韌性。
在合金中，尺寸為0.01～0.1μm的彌散相，抑制金屬再結晶和晶粒長大，從而細化晶粒強化合金性能。Zr或固溶于基體中，或在加入Zr后生成 Al3Zr、ZrN、ZrC等細小質點彌散，條狀分布在鐵素體枝晶上，與基體共格釘扎位錯，阻礙枝晶長大及晶界遷移，生成細化的枝晶和細晶粒。
退火和正火尚能細化晶粒、均勻組織，為以后的熱處理作準備。退火和正火常安排在毛坯制造之后、粗加工之前進行。
（2）時效處理
時效處理主要用于消除毛坯制造和機械加工中產生的內應力。
為避免過多運輸工作量，對于一般精度的零件，在精加工前安排一次時效處理即可。但精度要求較高的零件（如座標鏜床的箱體等），應安排兩次或數次時效處理工序。簡單零件一般可不進行時效處理。
吹氮時鋼液會吸收一部分氮氣, 氮在高錳鋼中有細化晶粒、提高強度等有利作用。
鋼包吹氬。鋼包吹氬是高錳鋼爐外精煉的一個重要手段。在鋼包底部安放透氣磚向鋼液中吹入氬氣, 可以減少鋼 液中非金屬夾雜物數量, 減少鋼中氣體含量, 達到凈化鋼液、提高鋼液質量的目的。 以上這些冶煉新技術的逐步推廣應用, 會使高錳鋼的冶金質量進一步提高。
由于均勻化退火需要在高溫下長時間加熱，因此奧氏體晶粒十分粗大，需要再進行一次完全退火或正火，以細化晶粒、消除過熱缺陷。
