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Characterizations of Dynamic Strain-induced Transformation in Low Carbon Steel

Journal of Materials Science & Technology 2012年第12期28卷 1095-1101页

作者： Luhan Hao Mingyue Sun namin xiao Dianzhong Li Shenyang National Laboratory for Materials Science Institute of Metal Research Chinese Academy of Sciences ShenYang 110016 China National Engineering Research Center for Equipment and Technology of Cold Strip Rolling Yanshan University Qinhangdao 066004 China

Dynamic strain-induced transformation of the low carbon steel Q（235） at 770℃ and 850℃ leads to fine ferrite grains. The microstructure characterization and mechanism of the fine ferrite grain were studied by scanning electron microscopy （SEM）, transmission electron microscopy （TEM） and electron backscattered diffraction （EBSD） technique. The results show that strain-induced microstructure is the mixed microstructure of ferrite and pearlite, with cementite randomly distributed on ferrite grain boundaries and the grains interiors. EBSD images of grain boundaries demonstrate that high angle grain boundaries （HAGBs） are dominant in both of the deformation induced microstructures occurring below and above A（e3） , with only a few low angle grain boundaries （LAGBs） existing in the grain interiors. It implies that the dynamic strain-induced transformation （DSIT） happens above and below A（e3） temperature and has the same phase transition mechanisms. The refinement of ferrite is the cooperative effect of DSIT and continuous dynamic recrystallization （CDRX） of ferrite. Besides, DSIT is deemed as an incomplete carbon diffusion phase transition through the analysis of microstructure and the previous simulated results. The strengths of the Q（235） steel with refined ferrite and pearlite structure get doubled than the initial state without treated by DSIT and the residual stress in the refined structure is partly responsible for the ductility loss.

关键词： Dynamic strain-induced transformation Grain refinement Grain boundary misorientation Low carbon steel

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A first-principles investigation on mechanical and metallic properties of titanium carbides under pressure

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Journal of Materials Science & Technology 2018年第10期34卷 1953-1958页

作者： xiaojing Sha namin xiao Yongjun Guan xiaosu Yi Materials Genome Center Beijing Institute of Aeronautical Materials

The titanium carbides are potential candidates to achieve both high hardness and refractory property. We carried out a structural search for titanium carbides at three pressures of 0 GPa, 30 GPa and 50 GPa. A phase diagram of the Ti-C system at 0 K was obtained by elucidating formation enthalpies as a function of compositions, and their mechanical and metallic properties of titanium carbides were investigated sys- tematically. We also discussed the relation of titanium concentration to the both mechanical and metallic properties of titanium carbides. It has been found that the average valence electron density and tractil-ity improved at higher concentrations of titanium, while the degree of covalent bonding directionality decreased. To this effect, the hardness of titanium carbide decreases as the content of titanium increases. Our results indicated that the titanium content significantly affected the metallic properties of the Ti-C system.

关键词： First-principles calculation Transition metal carbides Mechanical property and hardness High pressure phase stability

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Progress in mesoscopic modeling of microstructure evolution in steels

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Science China(Technological Sciences) 2012年第2期55卷 341-356页

作者： xiao namin CHEN Yun LI DianZhong LI YiYi Shenyang National Laboratory for Materials Science Institute of Metal ResearchChinese Academy of SciencesShenyang 110016China

The mesoscopic modeling developed rapidly in the past three decades is a promising tool for predicting and understanding the microstructure evolution at grain scale.In this paper,the recent development of mesoscopic modeling and its application to microstructure evolution in steels is reviewed.Firstly,some representative computational models are briefly introduced,e.g.,the phase field model,the cellular automaton model and the Monte Carlo model.Then,the emphasis is put on the application of mesoscopic modeling of the complex features of microstructure evolution,including solidification,solid-state phase transformation,recrystallization and grain growth.Finally,some issues in the present mesoscopic modeling and its perspective are discussed.

关键词：微观组织演变细观模型建模元胞自动机模型蒙特卡罗模型钢模拟预测计算模型

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Transformation Behavior of Precipitates in a W-alloyed 10 wt pct Cr Steel for Ultra-supercritical Power Plants

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Journal of Materials Science & Technology 2010年第9期26卷 817-822页

作者： xiaoqiang Hu,namin xiao,Xinghong Luo and Dianzhong Li Shenyang National Laboratory for Materials Science,Institute of Metal Research,Chinese Academy of Sciences,Shenyang 110016,China Shenyang National Laboratory for Materials Science Institute of Metal Research Chinese Academy of Sciences Shenyang 110016 China

Thermodynamic calculation,thermal analysis,and identification and observation of precipitates have been carried out on a W-alloyed 10 wt pct Cr steel by means of ThermoCalc program,differential thermal analysis（DTA）,X-ray diffraction（XRD） and transmission electron microscopy（TEM） with an energy dispersive Xray spectrometer,respectively.Several critical phase transformation points were determined by combining experimental results with calculations.Two individually stable phases of Nb（C,N） and VN,instead of one single phase MX（X：C,N）,M23C6 or Laves phases,were predicted in the calculated equilibrium phase diagram.An unstable elongated M7C3 with relatively higher Cr was detected unexpectedly in the normalized and tempered steel.Two kinds of spherical Nb（C,N） with different size were recognized as the primary and the secondary precipitates of Nb（C,N） which contain different V contents.It was observed that one kind of complex precipitate in a special V-wing shape was resulted from two plate-like VN adhering to coarse primary spherical Nb（C,N）.

关键词： Heat resistant steel Phase transformation Microstructure MX（X：C N） precipitate

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Mechanical Properties and Temper Resistance of Deformation Induced Ferrite in a Low Carbon Steel

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Journal of Materials Science & Technology 2010年第12期26卷 1107-1113页

作者： Luhan Hao,namin xiao,Chengwu Zheng and Dianzhong Li Shenyang National Laboratory for Materials Science,Institute of Metal Research,Chinese Academy of Sciences,Shenyang 110016,China Shenyang National Laboratory for Materials Science Institute of Metal Research Chinese Academy of Sciences Shenyang 110016 China

The microstructures and mechanical properties of deformation induced ferrite （DIF） in the low carbon steel Q235 under different deformation temperatures have been investigated systematically. Through deformation induced ferrite transformation （DIFT）, ferrite grain can be refined to 3 μm and accounts for above 85% of the overall fraction. Yield strength of DIF （〉500 MPa） is increased by up to 100% compared with the conventional low carbon steel. Comparison of microstructure and mechanical properties in the Q235 steel with DIF and tempered DIF microstructure illustrates that the strengthening mechanism of DIF microstructure is the combination of grain boundary strengthening and carbon supersaturated strengthening. Electron back-scattered diffraction （EBSD） analysis and high magnification scanning electron microscopy （SEM） observation denote that high-angle grain boundary among ultrafine ferrite grain and the transformation product of retain austenite membrane along ferrite boundaries are responsible for the stability of ferrite grain size during tempering process. Transmission electron microscopy （TEM） analysis demonstrates that the transformation product of retained austenite membrane between ferrite grain boundaries is cementite.

关键词： Low carbon steel Deformation Mechanical properties Temper induced ferrite transformation Grain size resistance

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含W型10%Cr超超临界钢中δ-铁素体的微观结构及其对力学性能的影响

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金属学报 2009年第5期45卷 553-558页

作者：胡小强肖纳敏罗兴宏李殿中中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室沈阳110016

采用光学显微镜、扫描电镜和能谱分析研究了含W型10%Cr(质量分数)超超临界钢中δ-铁素体的组织形貌与微观结构.结果表明,δ-铁素体的生成机理与奥氏体化加热温度密切相关.当加热温度较低时,极少量δ-铁素体在原奥氏体晶粒内部优先形核生... 详细信息

采用光学显微镜、扫描电镜和能谱分析研究了含W型10%Cr(质量分数)超超临界钢中δ-铁素体的组织形貌与微观结构.结果表明,δ-铁素体的生成机理与奥氏体化加热温度密切相关.当加热温度较低时,极少量δ-铁素体在原奥氏体晶粒内部优先形核生长,呈针状分布;当加热温度较高时,δ-铁素体在原奥氏体晶界处形核,快速生长,呈多边形分布,转变时发生溶质组元再分配.两种形态的铁素体均明显降低了含W型10%Cr超超临界钢的冲击韧性,但是,针状δ-铁素体降低冲击韧性的幅度远大于多边形δ-铁素体;即使针状δ-铁素体的体积分数极少,也会对钢的力学性能造成极大影响.

关键词： δ-铁素体超超临界钢微观组织力学性能

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介观尺度上热变形奥氏体储存能演化的计算机模拟

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金属学报 2005年第5期41卷 496-502页

作者：肖纳敏岳珠峰兰勇军佟铭明李殿中中国科学院金属研究所沈阳110016 西北工业大学工程力学系西安710072

为了定量描述热变形奥氏体在介观尺度上微观变形的非均匀性,采用晶体塑性有限元方法(crystal plasticity finite element method,CPFEM)模拟了C-Mn钢在不同变形条件下的变形行为,得到了在介观尺度上奥氏体的微观应力应变和变形储存能分... 详细信息

为了定量描述热变形奥氏体在介观尺度上微观变形的非均匀性,采用晶体塑性有限元方法(crystal plasticity finite element method,CPFEM)模拟了C-Mn钢在不同变形条件下的变形行为,得到了在介观尺度上奥氏体的微观应力应变和变形储存能分布.模拟所得到的应力-应变曲线与文献测定的应力-应变曲线基本一致.通过对真应变为0.5,变形速率为50 s-1 的热变形奥氏体的研究发现,即使在外部的均匀变形条件下,无论是在晶粒内部还是晶粒间,材料内部变形都非常不均匀.这种变形不均匀性主要是由晶粒的初始取向不同,近邻晶粒的取向差,以及变形时滑移系的运动特性不同所引起的.本文定量描述了介观尺度上奥氏体变形储存能不均匀分布,为结合介观尺度组织模拟,实现组织演变的多尺度耦合计算提供了参考.

关键词：晶体塑性有限元热变形奥氏体变形储存能

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热变形低碳钢中奥氏体静态再结晶介观尺度模拟

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金属学报 2006年第5期42卷 474-480页

作者：郑成武兰勇军肖纳敏李殿中李依依中国科学院金属研究所沈阳110016

采用晶体塑性有限元(CPFEM)和元胞自动机(CA)耦合的方法模拟了热变形低碳钢的静态再结晶．CPFEM的计算结果定量描述了介观尺度上奥氏体变形储能的不均匀分布,为模拟再结晶的形核和长大提供了依据,从而在再结晶CA模型中考虑了不均匀变形... 详细信息

采用晶体塑性有限元(CPFEM)和元胞自动机(CA)耦合的方法模拟了热变形低碳钢的静态再结晶．CPFEM的计算结果定量描述了介观尺度上奥氏体变形储能的不均匀分布,为模拟再结晶的形核和长大提供了依据,从而在再结晶CA模型中考虑了不均匀变形的影响．模拟结果显示:变形储能分布不均匀使得再结晶在不同位置的形核密度不同,形核集中在晶界以及晶内储存能较大的区域;随着临界形核储能的降低,形核数量增加,再结晶晶核的位置分布趋于均匀．对不同形核判据下的再结晶动力学也作了讨论．

关键词：晶体塑性有限元变形储能元胞自动机静态再结晶

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非耦合韧性断裂准则及其在航空金属材料中的应用

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航空材料学报 2021年第2期41卷 16-31页

作者：马宏越肖纳敏钱鹏罗帅章海明上海交通大学塑性成形技术与装备研究院上海200030 中国航发北京航空材料研究院航空及发动机材料应用评价中心北京100095 上海科学技术交流中心上海200003

结构轻量化是航空航天和汽车领域的重要发展趋势,对以铝合金、镁合金和钛合金为代表的轻质高强金属材料的需求与日俱增。预测材料的损伤断裂行为是高性能航空构件成形工艺设计和服役性能评估的关键,而发展先进的韧性断裂准则是其主要途... 详细信息

结构轻量化是航空航天和汽车领域的重要发展趋势,对以铝合金、镁合金和钛合金为代表的轻质高强金属材料的需求与日俱增。预测材料的损伤断裂行为是高性能航空构件成形工艺设计和服役性能评估的关键,而发展先进的韧性断裂准则是其主要途径。本文首先介绍了金属材料损伤断裂的微观机制,包括剪切和压缩应力主导的剪切型断裂、拉应力主导的拉伸型断裂及复合型断裂。回顾了韧性断裂准则的研究现状,传统非耦合韧性断裂准则的发展历程、特点和适用场合,重点论述了近年来几种典型的非耦合韧性断裂准则的特点和优势。传统的非耦合韧性断裂准则通常只考虑最大主应力或平均应力对损伤断裂的影响,忽略了偏应力的作用,不适合于低应力三轴度或复杂应力状态下的断裂行为预测;而新的韧性断裂准则综合考虑应力三轴度和罗德角参数对损伤演化的共同影响,适用于复杂的应变路径和应力状态。最后,评述了非耦合韧性断裂准则在铝合金、镁合金和钛合金等航空金属材料中的发展现状和典型应用,展望了韧性断裂准则的发展趋势和研究方向。非耦合韧性断裂准则需针对先进结构金属材料的变形特点,综合考虑应力状态、应变速率、温度及各向异性等对损伤断裂的作用,使其具有更好的普适性和预测精度。

关键词：韧性断裂准则损伤断裂塑性成形航空金属材料

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G18CrMo2-6钢回火组织及冲击韧性研究

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金属学报 2014年第7期50卷 777-786页

作者：李振江肖纳敏李殿中张俊勇罗永建张瑞雪中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室沈阳110016 共享集团有限责任公司银川750021

以核电汽轮机缸体用G18CrMo2-6耐热钢为研究对象,分析了显微组织、第二相类型、形貌、尺寸和分布随回火温度的变化及其对冲击韧性的影响.结果表明,G18CrMo2-6钢正火经不同冷速冷却后得到不同的基体组织,经680℃回火后,冲击韧性均远高于... 详细信息

以核电汽轮机缸体用G18CrMo2-6耐热钢为研究对象,分析了显微组织、第二相类型、形貌、尺寸和分布随回火温度的变化及其对冲击韧性的影响.结果表明,G18CrMo2-6钢正火经不同冷速冷却后得到不同的基体组织,经680℃回火后,冲击韧性均远高于指标要求,因此基体组织差异不是导致冲击韧性急剧恶化的决定性因素.经炉冷正火后在560~710℃区间回火,显微组织均为铁素体＋回火贝氏体,随回火温度上升,室温冲击韧性增加.经560和600℃回火后,块状马氏体/奥氏体（M/A）岛、条状颗粒不均匀分布于贝氏体铁素体基体上,平均冲击韧性分别为17和29 J.710℃回火后块状M/A岛分解,条状颗粒转变为细小的颗粒状呈弥散分布,冲击韧性达到峰值93 J.除了基体组织的软化效应外,第二相的类型、形貌、尺寸和分布能够明显改变诱发裂纹萌生的临界断裂应力,是影响G18CrMo2-6钢冲击性能的一个关键因素.

关键词： G18CrMo2-6钢回火温度冲击韧性碳化物

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