Microstructure, mechanical properties and corrosion of friction stir welded 6061 Aluminum Alloy
研究了AA 6061铝合金搅拌摩擦焊接头的微观组织、力学性能和腐蚀行为。观察到动态再结晶组织，且熔核区（NZ）、热机械影响区（TMAZ）、热影响区（HAZ）和母材（BM）的晶粒尺寸不同。硬度测试表明，HAZ和BM的硬度值分别达到最小值和最大值。拉伸结果表明，断裂发生在TMAZ和HAZ之间相对薄弱的区域。极化曲线测试表明，搅拌摩擦焊提高了AA 6061-AA 6061的耐蚀性，热影响区的耐蚀性优于其它区域。拉曼光谱分析表明，浸泡实验后铝表面腐蚀产物主要为氢氧化铝。扫描电子显微镜观察到在新西兰和下行晶间攻击。
2015-11-17 cond-mat.mtrl-sci
In situ studies of evolution of microstructure with temperature in heavily deformed Ti-modified austenitic stainless steel by X-ray Diffraction technique
在退火的最早阶段，最低长度尺度的子结构的存在铺平了道路，形成所谓的亚晶粒的变形组织的演变的机制，已被研究的第一次。利用X射线衍射技术对大变形钛变质奥氏体不锈钢进行了高温研究。观察到显着的变化的域的大小的值，无论是与时间和温度。两种不同类型的机制已被提出参与在退火的最早阶段的微观结构演变。在不同温度下随着时间的增长的域的性质已被建模使用这些机制。高分辨率透射电子显微镜已被用来查看变形和退火样品的微观结构，其结果已被证实成功地与那些发现从X射线衍射技术。
2010-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Generative reconstruction of 3D volume elements for Ti-6Al-4V basketweave microstructure by optimization of CNN-based microstructural descriptors
本文提出一种基于CNN描述符优化的生成式重建方法，用于增材制造Ti-6Al-4V篮编织组织三维体积单元，捕获关键形态特征并与实验数据定性吻合。
2024-03-14 cond-mat.mtrl-sci
A particle-based approach for the prediction of grain microstructures in solidification processes
针对凝固过程晶粒微观结构预测的计算局限性，提出一种基于拉格朗日粒子的晶粒包络跟踪方法，能预测固定晶粒竞争生长和柱状-等轴转变，通过基准测试验证并与激光焊接模型耦合，提升宏观尺度模拟能力。
2025-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Improving parent-austenite twinned grain reconstruction using electron backscatter diffraction in low carbon austenite
针对低碳奥氏体中退火孪晶影响母相奥氏体晶粒重构的难题，提出一种新的“重新排序”算法，利用EBSD数据验证表明该算法显著改善了PAG重构及晶界网络，促进了TMCP钢的开发。
2024-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure, mechanical properties and aging behaviour of nanocrystalline copper-beryllium alloy
本文报道了大塑性形变Cu -2wt%Be合金粗晶和纳米晶时效动力学的综合研究。结果表明，粗晶合金时效后，连续形成纳米级的体心立方（bcc，CsCl型）半共格颗粒，其晶体取向关系为{220} Cu // {200} CuBe。这些颗粒产生了显着的内部应力场，并成为位错滑移的障碍，导致硬度从95维氏硬度（HV）的溶解合金到400 HV的老化的变化。剧烈的塑性形变导致形成平均晶粒尺寸为20 nm和HV为390的单相纳米晶组织。结果发现，该晶粒尺寸轻微驱动晶界偏析。纳米晶合金的进一步时效导致沉淀物在原Cu晶界上的不连续形成和亚稳相的跳跃。观察到老化纳米结构合金的最大硬度为466 HV的显著的时效硬化。力学性能测试结果表明，对于粗晶和纳米晶合金，显微组织和进一步时效对合金的强度性能都有很大的影响。纳米结构合金具有良好的热稳定性。CuBe相的硬度值的理论计算。结果表明，Be作为一种轻合金元素，可以直接改变大变形铜合金的显微组织。
2020-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Conditional grain-graph diffusion for property-guided inverse design of polycrystalline microstructures
Department of Materials Science and Engineering, University of Toronto（多伦多大学材料科学与工程系）
提出条件晶粒图扩散框架，结合增强晶粒图神经网络，高效实现双相Ti-6Al-4V微结构的性能引导逆设计，生成候选性能接近预设且晶体学一致性高，运行速度远快于随机搜索与进化优化。
2026-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional non-isothermal phase-field modeling of microstructure evolution during selective laser sintering
预测选择性激光烧结（SLS）过程中的微观结构具有重要意义，它可以用有效的计算设计工具补充当前时间和成本昂贵的试错原理。然而，由于SLS过程中的复杂物理现象，模拟其微观结构演变仍然是一个巨大的挑战。本文采用三维有限元相场法对SLS单次扫描过程进行了模拟，揭示了SLS过程与显微组织的关系。我们使用了一个一致的非等温相场模型，包括各种物理（即部分熔化，孔隙结构的演变，扩散，晶界迁移，耦合传热），和粉末床和激光功率吸收的相互作用。初始粉层由离散元法生成。此外，我们在手稿中提出了一种新的算法模拟最小着色问题，并设法模拟一个系统的200粒颗粒跟踪使用低至8个非保守的序参量。所开发的模型被示出捕捉有趣的现象，这是无法访问的传统的等温模型。具体而言，应用该模型的不锈钢316 L粉末的SLS，我们确定的影响，激光功率和扫描速度的微观结构指标，包括孔隙率，表面形态，温度分布，晶粒几何形状，和致密化。我们进一步验证了孔隙率演化过程中的一阶动力学，并证明了所开发的模型在预测SLS过程中致密化因子与比能量输入的联系中的适用性。
2019-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure and phase stability within the AlMoNbTiZr system: design tools and compositional boundaries for a high-entropy alloy
本研究通过实验与CALPHAD模拟，确定AlMoNbTiZr体系中单相高熵合金的Al含量阈值为10 at%，所得bcc/b2合金强度高、模量低，但无相变强化效应。
2025-10-09 cond-mat.mtrl-sci
The high temperature mechanical properties and the correlated microstructure/texture evolutions of a TWIP high entropy alloy
本文研究了一种高熵钛合金在不同温度下的显微组织和织构演变。为此，拉伸试验进行的温度范围从298至873 K下的应变速率为0.001 s-1。实验材料表现出非凡的室温加工硬化行为，无论是瞬时应变硬化指数和加工硬化速率值。这导致了可接受的极限拉伸强度/延展性平衡，并且考虑到孪生和平面滑移的高活性是合理的。这样的加工硬化能力恶化，在较高的温度下，由于增加位错湮灭率和堆垛层错能值，抑制孪晶形成和位错积累。然而，与其他单相高熵合金相比，加工硬化区的幅度和范围的减少是微不足道的。这是由于该合金在不同变形温度下具有较高的位错储存能力。在773和873 K下观察到锯齿状流动，这是由于动态应变时效（DSA）机制。有趣的是，在这种情况下，DSA机制对整体延性具有有益的影响，这归因于应变硬化指数的增加导致颈缩的延迟。织构检验还揭示了由于孪晶和八面体滑移的同时贡献而形成的双纤维织构。
2021-05-10 cond-mat.mtrl-sci
On the effect of strain and triaxiality on void evolution in a heterogeneous microstructure -- A statistical and single void study of damage in DP800
为了提高对机械非均匀微观结构（如双相钢）中损伤演化的理解，施加应力状态的影响是一个关键因素。在这项工作中，我们研究了全球施加的应力状态的损伤演化在这样的微结构的影响。经典的损伤模型允许基于各向同性连续体材料的考虑来预测变形过程中的损伤。在这里，我们调查他们的有效性，在一个双相微结构，是局部占主导地位的微观结构形态的复杂性的基础上，在不同的应力状态下形成的数千个单独的空隙的统计合奏。为此，我们结合了一个包含损伤形成的校准材料模型，以评估具有不同凹口几何形状的样品中的局部应力状态，并使用基于深度学习的自动显微图像分析对大面积的高分辨率电子显微镜进行检测和分类。这使我们能够获得变形过程中的连续应力状态和单个空隙形成的统计相关数据。我们发现，所施加的塑性应变是对总数的主要影响，因此，新的空隙的成核，而三轴度与中值空隙尺寸，支持其建议的影响空隙增长。相比之下，合并的空洞导致故障出现相关的剪切带形成的形式的局部不稳定性，因此，只有间接确定的全球应力状态，因为它决定了全球的分布，密度和尺寸的空洞。
2020-06-04 cond-mat.mtrl-sci
ELAS3D-Xtal: An OpenMP-accelerated crystal elasticity solver with automated experiment-driven microstructure generation
University of Michigan（密歇根大学）
ELAS3D-Xtal是一种基于OpenMP加速的晶体弹性求解器，结合自动实验驱动微结构生成，用于高效计算多晶体弹性场及缺陷力学分析。
2026-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Analyses of microstructural and elastic properties of porous SOFC cathodes based on focused ion beam tomography
多孔SOFC电极的力学性能在很大程度上取决于其微观结构。弹性性能和微观结构参数的测量可以通过基于真实电极微观结构的数字重建的3D体积的建模来实现。然而，这种测量的可靠性在很大程度上取决于为重建而采集的原始图像的处理。在这项工作中，实际的显微组织的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-d（LSCF）阴极在高温烧结的基础上重建的双光束FIB/SEM层析。关键的微观结构和弹性参数进行了估计和相关。分析了它们对图像分割中灰度阈值的敏感性。重要的微观结构参数包括孔隙率、弯曲度、比表面积、颗粒和孔径分布以及颗粒间颈部尺寸分布，这些参数可能对使用FEM从微观结构模拟的弹性性质具有不同程度的影响。结果表明，不同的阈值范围会导致对特定参数的敏感程度不同。孔隙度和弯曲度的估计比表面积体积比更敏感。发现孔和颈尺寸比颗粒尺寸不太敏感。结果还表明，弹性模量对孔隙率基本敏感，孔隙率在很大程度上受阈值控制。
2015-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Computational study on microstructure evolution and magnetic property of laser additively manufactured magnetic materials
增材制造（AM）为直接从粉末前体快速生产复杂形状的零件提供了前所未有的机会。但它在功能材料，特别是磁性材料方面的应用还处于起步阶段。在这里，我们提出了第一次尝试计算研究的微观结构演变和磁性材料（如铁镍合金）的选择性激光熔化（SLM）处理。采用有限元法计算了SLM工艺在Fe-Ni合金中产生的热历史，并由此计算了合金中的残余应力分布。利用有限元分析得到的温度信息和相图计算（CALPHAD）的结果，预测了$γ$ -Fe-Ni和FeNi $_3$相分数的演变和分布。基于残余应力与磁弹性能之间的关系，采用微磁学模拟方法研究了SLM处理后Fe-Ni合金的磁性能（磁化率、剩磁和磁畴结构）。结果表明，计算得到的铁镍合金的矫顽力与实验测量值相符。这项计算研究表明，通过集成FEA，CALPHAD和微磁学，增材制造磁性材料的模拟是一种可行的方法。
2019-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Influence of interface and microstructure on magnetization of epitaxial Fe4N thin film
采用溅射和分子束外延技术在晶格匹配的LaAlO 3（LAO）衬底上生长了Fe 4 N薄膜。在溅射过程中，薄膜生长与传统的直流磁控溅射（dcMS）和第一次，使用高功率脉冲磁控溅射（HiPIMS）过程。表面形貌和深度轮廓表明，HiPIMS沉积膜具有最低的粗糙度，最高的堆积密度和最尖锐的界面。来自LAO衬底的La和来自膜的Fe相互扩散并形成扩展到约10-20 nm的程度的不期望的界面。在HiPIMS过程中，逐层类型生长导致限制相互扩散界面的范围的球状微观结构。这种基底-薄膜相互作用和微观结构对Fe 4 N薄膜的电子杂化和磁性起着至关重要的作用。磁矩（Ms）进行了比较，使用散装，元素特定的和磁深度剖析技术。我们发现，当互扩散层的厚度最小时，Ms是最高的，并且仅在HiPIMS生长的样品中实现。在N位点处存在小矩也通过HiPIMS生长样品中的元素特异性X射线圆二色性测量来证明。在迄今为止进行的实验工作中发现的Fe 4 N的Ms值的大的变化可能是由于这样的相互扩散层，其通常不期望在其他稳定的氧化物衬底中形成。此外，由于衬底-薄膜互扩散和微结构的影响，不同工艺生长的薄膜会表现出不同的磁各向异性。
2019-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Experimentally validated process-microstructure-property relations of bainitic steels derived from phase-field simulations
Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation, Ruhr University Bochum（先进材料模拟跨学科中心，鲁尔大学波鸿分校）；Steel Institute, RWTH Aachen University（钢铁研究所，亚琛工业大学）
本研究通过实验验证了相场模拟得到的贝氏体钢工艺-微观组织-性能关系，发现优化加工路线可细化组织、增强性能并改变屈服面特征，为贝氏体钢设计和预测模型开发提供见解。
2026-09-22 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Denoising diffusion-based synthetic generation of three-dimensional (3D) anisotropic microstructures from two-dimensional (2D) micrographs
Seoul National University（首尔大学）
针对3D各向异性微结构数据集稀缺的问题，提出基于多正交平面2D条件扩散生成模型空间连接的2D转3D重建框架，结合改进协调采样提升质量，可复现材料相分布与3D性能，助力高通量材料设计。
2023-12-13 cond-mat.mtrl-sci cs.AI
Synthesis of nanodiamond reinforced silver matrix nanocomposites: microstructure and mechanical properties
以纯银和纳米金刚石粉末为原料，采用球磨和高压扭转两种剧烈塑性形变方法制备了不同纳米金刚石含量的纳米金刚石增强银基纳米复合材料。改变球磨参数以改善纳米金刚石在粉末共混物中的分布。已经开发了结合两种工艺的优化处理路线，以实现小纳米金刚石颗粒在纳米晶银基质中的均匀分散。这些纳米复合材料的微观结构，其特征在于通过扫描和透射电子显微镜。通过显微硬度测量和拉伸试验对材料的力学性能进行表征。增加纳米金刚石的量（分别高达5重量%和15体积%）可以将显微硬度提高高达70%，并且将拉伸强度提高高达HPT变形纯银中所实现的值的60%。显微硬度和抗拉强度比微晶纯银高5倍左右。
2020-03-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetic microstructure of nanocrystalline Fe-Nb-B alloys as seen by small-angle neutron and X-ray scattering
该研究通过SANS和SAXS分析纳米晶Fe-Nb-B合金的磁微结构，揭示自旋错位引起的三叶草型磁散射，验证微磁理论并获取关联长度等关键参数，助力软磁性能优化。
2024-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of interfacial Fe3O4 nanoparticles on the microstructure and mechanical properties of textured alumina densified by ultrafast high-temperature sintering
本文研究Fe3O4涂层对织构氧化铝在超快高温烧结下微观结构和力学性能的影响，发现Fe3O4诱发晶体学缺陷并促进塑性流动，使抗弯强度和断裂韧性分别提升至约287 MPa和7 MPa.m0.5。
2024-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A novel layered topology of auxetic materials based on the tetrachiral honeycomb microstructure
微结构蜂窝材料可以表现出奇异的、极端的和可定制的机械性能，适合于各种现代工程领域中的创新技术应用。本文通过理论分析、数值计算和实验研究的方法，对四手性材料的定向拉胀性进行了研究。通过对tetrichiral样品进行拉伸实验室测试，成功验证了关于整体弹性性能的理论预测，这些测试是通过高精度3D打印技术实现的。受四手性材料运动学行为的启发，一种新设计的双层拓扑结构（称为双四手性材料）已被理论构思和机械建模。新的拓扑结构利用了两个手性相反的四手性层之间的相互协作。双四手性材料已被证实在整体杨氏模量方面优于四手性材料，并且作为主要成就，表现出显着的拉胀行为。具体而言，实验结果，证实了参数分析和计算分析，突出了有效的可能性，以达到强烈的负泊松比，确定为一个独特的全球弹性性能的新型双层拓扑结构。
2019-03-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The electronic transport properties and microstructure of carbon nanofiber/epoxy composites
采用超声波和机械混合相结合的方法将碳纳米纤维（CNF）分散到环氧树脂中。通过阻抗谱研究了所得复合材料的电子输运性质。发现非常低的临界重量分数（pc = 0.064wt%），其可以被认为对应于在基质内形成隧穿导电网络。绝缘体到导体的过渡区域跨越约一个数量级，从0.1到1重量%。远离转变，电导率增加了两个数量级。这种增加和电导率的低值解释在CNF之间的接触处的环氧树脂膜的存在。提出了一个简单的模型的基础上的CNF-CNF接触网络内的矩阵，以评估该膜的厚度。
2008-02-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
High temperature magnetism and microstructure of semiconducting ferromagnetic alloy (GaSb)$_{1-x}$(MnSb)$_{x}$
研究了用脉冲激光沉积法以（GaSb）$_{0.59}$（MnSb）$_{0.41}$共晶化合物为溅射靶生长的较厚（约120 nm）磁性复合薄膜的性质。对于所研究的薄膜，我们观察到铁磁性和反常的霍尔效应在室温以上，这表明存在自旋极化载流子。电子显微镜、原子显微镜和磁力显微镜的观察结果表明，所研究的薄膜具有均匀的柱状结构，而MnSb夹杂物在薄膜表面聚集。这与载流子的高迁移率值非常一致。根据我们的数据，我们得出结论，室温下的磁性和磁输运性质的薄膜所定义的MnSb夹杂物。
2018-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A joint voxel flow-phase field framework for ultra-long microstructure evolution prediction with physical regularization
Global College, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学全球学院）；Xiaomi Company（小米公司）；Global Institute of Future Technology, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学未来技术全球化研究院）
提出联合体素流网络与相场模拟的交替框架，通过周期性相场模拟抑制非物理伪影并延长预测范围，在晶粒生长示例中实现超长预测且精度优于现有方法。
2026-06-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Adapting U-Net for linear elastic stress estimation in polycrystal Zr microstructures
提出了一种改进的U-Net卷积神经网络结构来估计a-Zr（hcp）多晶晶粒结构中的线弹性相容应力。使用VGrain软件生成训练数据，其中规则性α为0.73，晶粒结构和ABAQUS的均匀随机取向使用有限元法评估应力焊接。初始数据集包含200个样本，其中20个样本从训练中保留以进行验证。使用CPU或GPU，该网络可提供约200倍至6000倍的加速，与有限元分析相比，可节省大量内存，准确度可降低10%。网络性能不相关的晶粒结构的规则性或纹理，显示泛化的网络超出了任意Zr晶体结构的训练集。测量了使用200和400个样本进行训练时的性能，发现当数据集的大小增加一倍时，准确率提高了约10%。
2023-03-15 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Evolution of liquid crystal microstructure during shape memory sequence in two main-chain polydomain smectic-C elastomers
通过同步辐射X射线衍射对两种主链近晶-C弹性体的结构研究揭示了在低应变和高应变下这些系统中存在两种不同的弛豫机制。在低应变下，近晶层重新取向，层法线分布在垂直于拉伸方向的平面中。该系统相对缓慢地松弛（时间常数~ 45分钟），这归因于嵌入弹性体网络中的LC层的流动性质。在高应变下，平衡时间（约4 - 8分钟）符合更快的松弛，并且似乎起源于系统的聚合物组分。由于在小应变下未对准的微区，介晶部分的全局取向序参量S的值最初是小的（~ 0.15）。随着应变的增加，局部域导向剂、介晶和聚合物链都倾向于平行于拉伸方向排列，从而在4.0的应变下产生S ~ 0.83的较高测量值。硅氧烷链段保持较不有序，对于4.0的应变达到S ~ 0.4的值。层逐渐变得倾斜于拉伸方向，符合近晶-C相的结构性质。该系统最终假定一个人字形光学单畴结构。两种弹性体即使在去除引起应变保持和形状记忆效应的外部应力之后也锁定在该状态。主链中横向分量的存在导致第二弹性体中较高的应变保持。去除外部应力后，近晶层法线朝向拉伸方向的取向的偏好仍然存在。在热退火时，人字形微结构经由与初始多畴结构不同的路径逐渐熔化。
2014-09-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Computational Microstructure Analysis of Sintered Ceramics
University of Delaware（特拉华大学）；Clemson University（克莱姆森大学）
本研究提出自动化流程，结合拓扑滤波与Sauvola阈值处理，从烧结陶瓷的SEM图像提取显微结构特性，经1200℃、1400℃样品验证，IoU达95.14%、99.85%，可用于生成机器学习材料数据集。
2026-08-06 cond-mat.mtrl-sci cs.CE
Process Microstructure Coupling in Reduced Gravity Laser Welding via Open-Source Multiphysics Simulation Framework
Bangladesh University of Engineering and Technology（孟加拉国工程技术大学）；Virginia Polytechnic Institute and State University（弗吉尼亚理工大学）
本文通过开源多物理场模拟框架研究了不同重力环境下激光焊接的微观结构耦合，揭示了重力变化对熔池行为和晶粒形态的影响，为太空金属制造提供了理论支持和可重复研究平台。
2025-11-16 cond-mat.mtrl-sci physics.flu-dyn
Magnetic microstructure machine learning analysis
我们使用机器学习的方法来确定的重要性，在理想结构的大晶粒Nd $_2$ Fe $_{14}$ B永磁体中引起磁化反转的微观结构特性。嵌入式Stoner-Wohlfarth方法被用作确定局部开关场图的降阶模型，该局部开关场图指导数据驱动的学习过程。预测模型是一个随机森林分类器，我们通过比较完整的微磁模拟的情况下，小颗粒测试结构进行验证。在机器学习微结构分析过程中，发现解释磁化反转的最重要特征是磁体内晶粒的取向差和位置。最低的切换场发生在磁体的顶部和底部边缘附近。虽然从理论上已知的依赖性的本地切换场的晶粒取向，本地矫顽场强的晶粒的位置的影响是不太明显。作为机器学习分析结果的直接结果，我们表明通过Dy扩散的边缘硬化导致更高的矫顽场。
2018-08-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.data-an
Which alloy composition,what process parameters? Inferring the recipe from optimized metallic microstructure and texture
Institute of Material and Process Design, Helmholtz-Zentrum Hereon（亥姆霍兹-盖斯特哈赫特研究中心材料与工艺设计研究所）；Institute of Production Technology and Systems, Leuphana University Lüneburg（吕讷堡大学生产技术及系统研究所）；Institute of Material Systems Modeling, Helmholtz-Zentrum Hereon（亥姆霍兹-盖斯特哈赫特研究中心材料系统建模研究所）；AI for Physical Systems, German Research Center for Artificial Intelligence (DFKI)（德国人工智能研究中心物理系统人工智能研究所）；Saarland University（萨尔大学）
本研究探索从优化微观结构反向推断合金配方，比较传统统计、视觉嵌入和图神经网络，发现传统描述符在合金识别上最优，且微观结构可辅助工艺参数预测。
2026-10-07 cond-mat.mtrl-sci cs.AI cs.CE
Simulation-Free Determination of Microstructure Representative Volume Element Size via Fisher Scores
Northwestern University（西北大学）
提出一种基于 Fisher 分数和机器学习的免仿真方法，仅通过显微图像确定微观结构代表性体积单元（RVE）尺寸，避免了大量有限元仿真，并在数值实验中验证了其有效性。
2024-04-07 cond-mat.mtrl-sci cs.CE cs.LG
