晶粒生長(zhǎng)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2022-02-28
晶粒生長(zhǎng)的視頻教程
ProCAST教學(xué)-晶粒生長(zhǎng)CAFE教學(xué)視頻
PROCAST新界面VE環(huán)境下CAFE設(shè)置的全過(guò)程教程，輕松搞定CAFE晶粒生長(zhǎng)模擬。
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二維的電-磁-熱耦合超導(dǎo)磁通跳躍模型下載
1.超導(dǎo)體的非均勻臨界電流密度 超導(dǎo)體在制備過(guò)程中，采用頂部籽晶或者熔滲工藝制備的高溫超導(dǎo)塊體會(huì)存在晶粒生長(zhǎng)邊界和晶粒生長(zhǎng)區(qū)域。臨界電流密度與晶粒生長(zhǎng)邊界和晶粒生長(zhǎng)區(qū)域相關(guān)。 2.超導(dǎo)體磁通跳躍現(xiàn)象 外磁場(chǎng)作用下，超導(dǎo)體中磁通線的運(yùn)動(dòng)會(huì)引起超導(dǎo)體內(nèi)出現(xiàn)能量的損耗。
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基于MATLAB的三維元胞機(jī)教學(xué)（針對(duì)晶粒模擬具有優(yōu)勢(shì)）
以三維生命游戲詳細(xì)講解三維元胞機(jī)的實(shí)現(xiàn)原理及方式，該課程對(duì)于后續(xù)使用三維元胞機(jī)編寫如晶粒生長(zhǎng)、再結(jié)晶等三維模擬程序具有指導(dǎo)作用，課程優(yōu)惠，請(qǐng)私信。
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晶粒生長(zhǎng)的實(shí)例教程
python模擬晶粒生長(zhǎng)
【引言】
晶粒生長(zhǎng)在自然界無(wú)處不在，也是材料科學(xué)中最普遍的主題之一。在晶體材料中，晶粒生長(zhǎng)起源于本征能量損耗，驅(qū)使材料消除晶界，得到熱力學(xué)占優(yōu)的單晶相。晶粒生長(zhǎng)的一大特點(diǎn)是其單一性，在特定溫度下隨時(shí)間增長(zhǎng)，至于晶粒生長(zhǎng)與時(shí)間和溫度相關(guān)性的細(xì)節(jié)迥異復(fù)雜。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，美國(guó)麻省理工學(xué)院的Dor Amram博士（通訊作者）在Physical Review Letters上發(fā)表了題為“Higher Temperatures Yield Smaller Grains in a Thermally Stable hase-Transforming Nanocrystalline Alloy”的文章。晶態(tài)材料的晶粒通常會(huì)隨溫度增加而長(zhǎng)大。典型的再結(jié)晶現(xiàn)象可能會(huì)導(dǎo)致暫時(shí)的晶粒尺寸減小，而近期合金設(shè)計(jì)可以使晶粒停滯生長(zhǎng)的納米晶材料趨于熱力學(xué)穩(wěn)定。但晶粒并未收縮，因此在高溫下，考慮到熱力學(xué)趨勢(shì)，會(huì)缺少降低晶粒尺寸從而使界面生成的機(jī)制。本文中，作者通過(guò)設(shè)計(jì)同素異形相轉(zhuǎn)變的納米晶合金，回避了界面生成這一范式。作者證明在Fe-Au合金經(jīng)歷α? γ 轉(zhuǎn)變循環(huán)，高溫相具有穩(wěn)定的比低溫相更細(xì)的晶粒。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1：晶粒生長(zhǎng)的示意圖。
圖2：納米晶穩(wěn)定性分布圖。
圖3：Fe95Au5納米晶中的原位晶粒生長(zhǎng)和相轉(zhuǎn)變。
(a)α-Fe和γ-Fe的晶粒尺寸隨時(shí)間的變化情況；
(b)帶有Au納米偏析物的α-Fe顯微結(jié)構(gòu)及其轉(zhuǎn)變?yōu)棣?Fe的示意圖。
展開 結(jié)合電子背散射衍射（EBSD）實(shí)驗(yàn)與耦合熱–力的多晶相場(chǎng)模擬，揭示電鍍 TXV-Cu 在退火過(guò)程中的晶粒演化行為及其對(duì)可靠性的影響;基于相場(chǎng)方法的退火晶粒演化模型，將溫度依賴的界面遷移率、界面能及熱膨脹效應(yīng)納入描述框架，從而在數(shù)值模擬中再現(xiàn) TXV-Cu 的微觀組織演變過(guò)程。該模型不僅能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)觀察提供理論支撐，還可進(jìn)一步用于預(yù)測(cè)不同工藝參數(shù)下 TXV-Cu 的組織演化規(guī)律，為優(yōu)化工藝與提升器件可靠性提供指導(dǎo)。
合成單晶金屬的傳統(tǒng)方法是通過(guò)塊狀晶體生長(zhǎng)（Czochralski或Bridgman方法）。單晶薄金屬膜也可以通過(guò)沉積在單晶無(wú)機(jī)襯底的頂部制備而成。但是，這些方法生產(chǎn)的單晶金屬面積小且價(jià)格昂貴。在退火過(guò)程中進(jìn)行晶粒生長(zhǎng)，也是消除多晶中晶界的一種常用策略。晶粒生長(zhǎng)產(chǎn)生單晶合金金屬板，但僅用于Cu-Al-Mn合金。
【成果簡(jiǎn)介】
今日，在韓國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究所Rodney S. Ruoff教授和Hyung-Joon Shin教授（共同通訊作者）團(tuán)隊(duì)的帶領(lǐng)下，與蔚山國(guó)立科技研究所和成均館大學(xué)合作，報(bào)道了一種無(wú)接觸退火（CFA）策略，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)商業(yè)多晶箔片普適性制備大面積單晶金屬箔片。研究人員通過(guò)使用多晶金屬箔片為原料，在H2氛圍下，以接近金屬熔點(diǎn)的溫度進(jìn)行加熱處理，產(chǎn)生大面積的單晶金屬箔片。通過(guò)最小化接觸應(yīng)力實(shí)現(xiàn)了32cm2的晶粒生長(zhǎng)，從而產(chǎn)生面內(nèi)和面外優(yōu)先晶體取向，這一過(guò)程受驅(qū)于晶格旋轉(zhuǎn)過(guò)程中表面能最小化以及相鄰晶粒互相消耗。這一發(fā)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的單晶金屬箔片工業(yè)化生產(chǎn)。這些單晶金屬箔片在表面科學(xué)、基礎(chǔ)催化研究和各種其他應(yīng)用領(lǐng)域中具有許多用途。相關(guān)成果以題為“Colossal grain growth yields single-crystal metal foils by contact-free annealing”發(fā)表在了Science上。
展開 細(xì)化晶粒是IN-625合金的強(qiáng)化機(jī)制，如下圖所示。細(xì)晶粒的鍛件相比粗晶粒鍛件具有更高的屈服和抗拉強(qiáng)度值。另外，在高溫下單個(gè)晶粒生長(zhǎng)迅速，因此為了滿足機(jī)械性能要求，將使用較低的鍛造溫度。
隨著溫度的降低，IN-625合金變形需要的流動(dòng)應(yīng)力迅速增加。相反的，在較高溫度下鍛造高溫合金充滿模具型腔過(guò)程具有低的流動(dòng)應(yīng)力，需要鍛造載荷也較低。高溫鍛造減少了模具中的應(yīng)力，從而增加了模具壽命。因此，從模具的角度來(lái)看，較高的鍛造溫度是優(yōu)選的。
不幸的是，這些相互競(jìng)爭(zhēng)的過(guò)程正朝著相反的方向發(fā)展。鍛造溫度越低，晶粒越細(xì)，強(qiáng)度性能越好。而較高的鍛造溫度又能提高模具壽命。
合金的鍛造過(guò)程是通過(guò)動(dòng)態(tài)、亞動(dòng)態(tài)和靜態(tài)再結(jié)晶來(lái)細(xì)化晶粒尺寸。沒(méi)有簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方法可以確保鍛件在不損壞模具的情況下滿足機(jī)械性能要求。
在DEFORM模擬中，JMAK模型提供了鍛件晶粒尺寸的實(shí)際估計(jì)。DEFORM模擬還允許借助模具應(yīng)力分析來(lái)預(yù)測(cè)模具失效的可能性。因此，鍛造工程師可以研究折衷方案以成功地鍛造IN-625合金零件。
美國(guó)DF公司在生產(chǎn)一個(gè)IN-625合金的鍛件時(shí)，由于零件為了滿足強(qiáng)度要求，需要在低溫下鍛造，但在鍛打過(guò)程中存在嚴(yán)重的模具失效問(wèn)題。模具應(yīng)力分析計(jì)算后，發(fā)現(xiàn)了與幾次實(shí)際鍛造后發(fā)生的斷裂相符的過(guò)度拉伸應(yīng)力（上圖紅色區(qū)域）。在PRO-FAST開發(fā)晶粒尺寸模型的項(xiàng)目中，波特蘭州立大學(xué)測(cè)試了IN-625，為晶粒尺寸模型提供數(shù)據(jù)。對(duì)典型的IN-625鍛件進(jìn)行了溫度、應(yīng)變速率和應(yīng)變范圍的測(cè)試。這些試驗(yàn)被用來(lái)建立再結(jié)晶和晶粒生長(zhǎng)模型。
JMAK模型在DEFORM軟件鍛造模擬中可以運(yùn)行，該模型在零件水平上預(yù)測(cè)平均晶粒尺寸和再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)。20多年來(lái)，IN-718在航天領(lǐng)域的應(yīng)用已證明是一種實(shí)用的生產(chǎn)工程工具。
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晶粒生長(zhǎng)的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
晶粒生長(zhǎng)的最新內(nèi)容
結(jié)合電子背散射衍射（EBSD）實(shí)驗(yàn)與耦合熱–力的多晶相場(chǎng)模擬，揭示電鍍 TXV-Cu 在退火過(guò)程中的晶粒演化行為及其對(duì)可靠性的影響;基于相場(chǎng)方法的退火晶粒演化模型，將溫度依賴的界面遷移率、界面能及熱膨脹效應(yīng)納入描述框架，從而在數(shù)值模擬中再現(xiàn) TXV-Cu 的微觀組織演變過(guò)程。該模型不僅能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)觀察提供理論支撐，還可進(jìn)一步用于預(yù)測(cè)不同工藝參數(shù)下 TXV-Cu 的組織演化規(guī)律，為優(yōu)化工藝與提升器件可靠性提供指導(dǎo)
python模擬晶粒生長(zhǎng)
該方法主要用于研究成形過(guò)程中冶金缺陷的形成機(jī)理，并且可以作為微觀組織數(shù)值模擬算法（如相場(chǎng)法等）的輸入，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料熔化過(guò)程中微觀組織重熔以及凝固過(guò)程中晶粒形核與生長(zhǎng)的預(yù)測(cè)。
熱-固耦合
熱-固耦合模擬方法關(guān)注成形過(guò)程中熔覆沉積材料、基板的溫度分布以及與溫度變化相關(guān)的內(nèi)應(yīng)力/變形演化過(guò)程，不考慮熔池內(nèi)部的流動(dòng)和對(duì)流傳熱,通常采用有限元法進(jìn)行求解。
圖1.2 非等速生長(zhǎng)Voronoi晶粒交界線
標(biāo)準(zhǔn)Voronoi相比于非等速生長(zhǎng)Voronoi的另一個(gè)區(qū)別是：標(biāo)準(zhǔn)Voronoi生成的晶粒是全凸的，而非等速生長(zhǎng)Voronoi生成的晶粒是凹的，如圖1.3所示。
馬特等深入研究了各種熱處理方法對(duì)GH4169 合金力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)的影響作用，研究結(jié)果表明，在固溶處理的溫度很低時(shí)，金屬γ′相會(huì)被充分熔化而產(chǎn)生與形狀不均的γ′相共存的結(jié)構(gòu)，這樣就能夠抑制金屬晶粒的生長(zhǎng)，從而增加了合金的塑性和硬度，在長(zhǎng)時(shí)間環(huán)境溫度較低，時(shí)效時(shí)間較長(zhǎng)的情況下，γ′的數(shù)量可以有所增加，因此合金的硬度增加，但塑性卻減小[2]。
圖13.含 Y2O3-MgO 和 YF3-MgF2 燒結(jié)助劑 Si3N4 樣品的 β-
Si3N4 晶粒生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)研究。
圖1.1 標(biāo)準(zhǔn)Voronoi晶粒交界線
而對(duì)于非等速生長(zhǎng)Voronoi晶體而言，由于晶粒生長(zhǎng)速率的不同，導(dǎo)致兩個(gè)晶粒的交界線不再是其連線的垂直平分線，而是轉(zhuǎn)變?yōu)榍€，如圖1.2所示。
但是由于陶瓷流延漿料有機(jī)物的影響，導(dǎo)致致密度不高， 而且流延成型的晶粒定向生長(zhǎng)不明顯， 如何實(shí)現(xiàn)流延片中的氮化硅顆粒定向生長(zhǎng)和提升其致密度必將成為未來(lái)的研究熱點(diǎn)。此外，目前國(guó)內(nèi)的陶瓷基板技術(shù)整體落后，標(biāo)準(zhǔn)缺失，未來(lái)迫切需要加強(qiáng)核心技術(shù)與材料的研發(fā)力度，滿足飛速發(fā)展的市場(chǎng)需求。
所獲得的鑄件產(chǎn)品是多晶體結(jié)構(gòu)，晶粒生長(zhǎng)方向也是隨機(jī)的。
定向凝固，主要也是用于制造低壓渦輪零部件。基本原理是使用冷卻機(jī)構(gòu)從一端吸收熱量，使得鑄件只沿著一個(gè)方向凝固。
單晶凝固是鑄造工藝的特殊應(yīng)用，只用于承受最高溫度的應(yīng)用，比如高壓渦輪葉片，燃燒室零部件等。其原理跟定向凝固相同，控制凝固溫度梯度；區(qū)別是單晶需要使用籽晶，使得液態(tài)金屬凝固時(shí)，能夠沿著擇優(yōu)晶向生長(zhǎng)，最終獲得只有一個(gè)晶粒的產(chǎn)品。
在眾多氧化鋁粉體中，均勻的單分散球形顆粒由于不易團(tuán)聚，球形顆粒間的致密均勻的孔隙可有效抑制不均勻晶粒生長(zhǎng)，且其形貌規(guī)則，比表面積較小，堆積密度大流動(dòng)性好，能夠極大提高成品的應(yīng)用性能。因此，球形氧化鋁的制備成為氧化鋁粉體材料研究的熱點(diǎn)之一。
