微觀組織的案例
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。基于這一原因，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 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粒—鐵素體基體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 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 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 
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 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.
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 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 劉錦川院士團隊《APM》綜述：基于增材制造的先進鈦合金設計！
例如，強烈的液體對流和元素擴散會影響熔池內合金熔體的化學均勻性；陡峭的溫度梯度和超高的冷卻速度決定了金屬在冷卻過程中的凝固模式，從而影響構件的晶粒結構和性能；此外，快速冷卻和快速熱循環也會導致合金具有獨特的微觀結構。如此復雜的熱歷史為合金設計同時帶來了挑戰和機遇。
因此，本文全面概述了增材制造技術在設計和制造鈦合金中的的“工藝-成分-組織-性能”關系。從增材制造過程中的復雜動力學-熱力學過程與鈦合金成分和微觀組織之間的相互作用出發，提出了一個關于先進合金設計的全新視角。首先，本文系統地回顧了增材制造工藝對幾種常用商業鈦合金微觀組織演變的影響。并總結了其中的微觀組織-力學性能之間的關系。隨后基于對復雜熱-動力學條件下微觀組織演化過程和路徑的深刻認識，我們總結現有的在不同尺度上設計具有獨特微觀結構的先進鈦合金的成功范例。最后，我們對合金設計與增材制造技術之間的關系提出了新的觀點，并且預計這將成為未來合金與工藝協同發展的趨勢。
創新點
系統地研究了增材制造技術和合金成分之間的相互作用，即合金的顯微組織和力學性能是由合金成分和增材制造工藝共同決定的。一方面，增材制造中復雜的熱-動力學過程會影響合金在不同尺度上的微觀組織。(1)熔池中陡峭的熱梯度抑制了凝固界面前方的潛在形核能力，從而導致大多數打印態的鈦合金具有粗大的柱狀晶粒結構。(2)增材制造中的高冷卻速率在β鈦合金中保留了大部分高溫相（bcc相）或在(α+β)鈦合金中誘發了馬氏體轉變。
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金屬凝固過程組織結構演變的完美呈現 | 同步輻射在金屬材料表征方面的應用
在金屬材料領域，有一個關系一直被人們研究和利用，那就是成分-組織-性能關系。認識清楚了該關系，人們就知道了該如何制備更好的材料。為此，人們不斷探索新的表征方法，幫助認識材料的微觀組織，揭示這一重要關系。
近百年來，科研人員聚焦金屬材料組織結構的表征，發展起來了光學顯微鏡、激光共聚焦、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡等。通過材料截面的拋光與腐蝕，呈現金屬的微觀組織結構并采用顯微鏡觀察和記錄。
即使在科技比較發達的今天，人們在分析金屬材料的微觀組織結構時大多還是大多使用二維圖像。然而，隨著人們對問題的認識不斷深入，越來越希望了解材料微觀組織結構的三維特征，甚至時間特征。于是多種層析技術應運而生，如三維EBSD，APT等。盡管如此，人們也只能在三維空間里在一定程度上認識和表征微觀組織的特征。
一些特別的科學問題，如凝固過程中微觀組織是如何演變的？這涉及到更多維度空間，除了三維空間以外，還增加了時間和溫度場等。由于問題的復雜性，直到今天，人們也沒有完全認識和徹底呈現凝固過程中的微觀組織演化。
科研人員在為此不斷努力，金屬的凝固通常發生在高溫，一般的表征手段是無法觀察金屬凝固過程的，同步輻射成為其中最有競爭力的手段。
何為同步輻射
在過去的幾年里，材料研究的前沿領域取得了迅速的進展，主要（但不完全）是第三代同步輻射源（E SRF、APS和SPring-8）。一種強大的新興工具，這能真正洞察人們感興趣的材料和過程，并擴大我們對材料前沿的基本理解。
中國第一臺第三代同步輻射裝置上海光源總投資超過14億元
同步輻射是相對論和超相對論電子在磁場中旋轉產生的輻射，是高能天體物理學中的主要過程。它最初是在早期的電子感應加速器實驗中觀察到的，在實驗中電子首先被加速到超相對論能量，加速器發出強大X射線輻射。
展開 特殊鋼可取消正火、退火工序生產工藝簡介
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特殊鋼部件正火、退火的主要目的及取消方法
特殊鋼部件的正火、退火處理主要是為了使熱鍛件的微觀組織和硬度均勻化，提高切削性。余熱正火和鍛后等溫退火可取消部件的正火、退火處理。余熱正火用于低碳鋼和合金元素較少的鋼。在管狀容器內，利用鍛件的余熱控制鍛件的冷卻速度，對鍛件進行冷卻，獲得鐵素體+珠光體組織。余熱正火的組織比常規正火組織粗大，但由于抑制了微觀組織的不均勻性，所以使鋼的切削性穩定。
但是，余熱正火用于合金元素較多的SCr420、SCM420時，不能防止有損切削性的貝氏體的析出。這時，在鍛造后要對鍛件進行等溫退火（550-650℃保溫30-60min后空冷），可使鋼的組織是鐵素體+珠光體組織，從而取消部件的退火處理。此外，有研究報告報道，對部件鍛造采用控制鍛造（低溫鍛造+控制冷卻），可降低鍛后部件的硬度，從而取消正火處理。
為此，對抑制冷鍛部件滲碳時晶粒粗大化進行的正火處理和取消正火處理的新鋼種作簡要介紹。鋼在冷鍛前進行球化退火時，如生成片狀碳化物，則在冷鍛時，鋼中產生局部的不均勻應變，導致促進滲碳時的晶粒粗大化。為解決這個問題開發了新的鋼種。新鋼種的Cr含量多于SCr420和SCM420，抑制了亞共析鋼球化退火中容易生成的片狀碳化物的產生，提高了退火組織的均質性。此外，由于在新鋼種中添加了微量的合金元素，產生了大量具有晶界釘扎效果的碳、氮化物。
展開 尋找增材制造的那根肋骨—DfAM與工藝仿真之路
材料、結構設計、工藝過程、后處理等諸多因素使得增材制造過程的材料—工藝—組織—性能關系往往難以準確把握。
和傳統制造一樣，對于金屬增材零件，熱處理對其組織與力學性能的調控亦具有重要意義，而合適且有針對性的熱處理工藝需要大量的試驗積累，使用增材工藝仿真便可有效提高增材熱處理工藝開發效率，避免大量的試驗試錯，節省工藝研發周期，降本增效。
03工藝仿真—使增材制造設計一體化更加完整
ANSYS 增材制造工藝仿真套件考慮整個增材工藝鏈的各環節，包括部件驗證、打印設置、工藝過程仿真、支撐生成、打印預測及微觀結構預測等，從而幫助用戶完成高質高效的增材制造工藝設計，無需昂貴且耗時的試錯過程，且不僅適用于激光鋪粉熔融成形技術，而且適用于基于同軸送粉/送絲的增材技術。
熔池尺寸和致密度直接影響著增材零件的機械性能，對零件微觀組織的研究有助于深入了解其力學性能和使用壽命。借助Additive Science可深入研究增材制造過程的微觀機理，預測熔池尺寸、孔隙率、微觀組織、溫度歷史及相變等。
增材過程的溫度場與熔池形成、微觀結構演變、應力分布及零部件變形均密切相關，Additive Science使用熱求解器及微觀組織求解器，進行多尺度溫度場分析，基于熱計算結果，采用CA算法預測微觀組織生長，從而確定最佳工藝參數組合、控制微觀組織結構及機械性能，幫助設備開發及優化，加速新材料開發，優化掃描策略。
展開 《鑄造模擬》(ESI PROCAST)V2008
主要特點
·包括自輻射效應的準確傳熱分析結果
·單晶鑄件輻射角系數自動更新
·模擬熔模完整工藝，包括殼型預熱
·快速角系數算法
·應用MeshCAST中殼層選項產生殼體
氣孔與微觀縮孔預測
大多數模擬軟件嚴格限定縮孔預測必須為金屬液卷氣引起的宏觀縮孔，這種簡化方法沒有考慮氣體與枝晶間收縮導致的微觀縮孔。ProCAST提供了基于物理現象的獨特方法，處理微觀縮孔模型。
主要特點
·耦合宏觀縮孔與管狀收縮的顯微縮孔預測
·糊狀區壓降
·氣體分離
·氣體溶解度作為溫度和合金元素的函數
·氣孔的形核和生長
微觀組織
ProCAST微觀組織模塊可建立確定性模型，該模型可將鑄件任意位置熱變化同微觀組織形核和長大過程耦合實現模擬。 主要特點
·可用的確定性模型：
·等軸晶(DAS)
·耦合共晶
·球墨鑄鐵共晶(SGI)
·灰口/白口鐵共晶
·球墨鑄鐵共析
·灰口鐵共析
·包晶轉變
·Scheil模型
·鐵/碳固態轉變
晶粒結構模擬
晶粒結構模塊基于隨機方法（細胞自動機CA）和有限元法（CAFE模型）的耦合，能夠預測凝固態的晶粒結構。
主要特點
·預測柱狀和等軸晶結構
·柱狀晶到等軸晶轉變
·柱狀結晶區晶粒選擇
·預測單晶鑄件中雜散晶體
·晶體結構的演變
·立體信息
·晶粒結構直接可視化
PROCAST2008PROCAST2008下載: 下載:
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