Rapid Electron Backscatter Diffraction Mapping: Painting by Numbers
通过使用电子背散射衍射（EBSD），在扫描电子显微镜（SEM）中通过分析晶相和取向生成丰富的图谱，从而大大增强了微结构表征。传统的EBSD分析包括电子束的光栅扫描和每个衍射图案的顺序分析。对于晶粒形状、晶体学织构和微观结构分析，这可能是低效的。在这项工作中，我们提出了快速EBSD，数据融合的方法结合forescatter电子（FSE）成像与静态稀疏采样的EBSD模式。我们将FSE图像分割成相似颜色（即相和晶体取向）的区域，然后收集每个分割区域的代表性EBSD数据。这使得能够在（快速）FSE成像的空间分辨率下执行微观结构评估，同时包括来自代表性点的EBSD分析的取向和相位信息。我们展示了快速EBSD技术的钴基高温合金和应变双相钛合金的样品，与传统的分析结果进行比较。快速EBSD有利于在有时间限制的实验中评估晶粒尺寸分布。
2018-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the microstructure manifold: image texture representations applied to ultrahigh carbon steel microstructures
我们介绍了一个微观结构信息数据集，重点是在一系列热处理下在单个超高碳钢中发现的复杂的分层结构。将当代计算机视觉研究的图像表示应用于这些微结构，我们讨论了如何使用监督和无监督机器学习技术来深入了解微结构趋势及其与加工条件的关系。我们评估和比较基于关键点和卷积神经网络表示，根据其主要微观成分对微观结构进行分类，并根据产生它们的退火条件对微观结构的子集进行分类。使用t-SNE，一种非线性降维和可视化技术，我们展示了探索微观结构和处理数据集的图形方法，以及理解和解释高维微观结构表示。
2017-02-09 cond-mat.mtrl-sci
InfinityEBSD : Metrics-Guided Infinite-Size EBSD Map Generation With Diffusion Models
Mines Paris, PSL University（巴黎矿业学院，巴黎文理研究大学）；Centre for material forming (CEMEF), UMR CNRS（材料成型中心（CEMEF），CNRS联合研究单位）
InfinityEBSD利用扩散模型和物理度量生成任意大小的EBSD地图，实现大范围微观结构模拟与真实材料表征。
2025-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure evolution of compressed micropillars investigated by in situ HR-EBSD analysis and dislocation density simulations
随着系统尺寸的减小，金属的力学性能和主要变形机制发生变化。对于更大的尺度，观察到散装行为，其特征在于通过保存和显着增加的位错含量在变形过程中，而在亚微米尺度非常本地化的位错活动，以及观察到位错饥饿。在过渡区，位错含量是如何形成的尚不清楚。这种位错存储机制及其物理机制仍然是一个开放的研究领域。本文分析了具有$1$晶向和不同尺寸的单晶铜微柱在压缩载荷下的微观结构演变。实验原位HR-EBSD测量以及三维连续位错动力学模拟。实验结果为研究连续加载过程中材料的变形和位错结构的演化提供了依据。这是补充考虑位错动力学，相互作用和反应的个别滑移系统提供直接访问这些数量的位错密度演化的模拟。结果表明，如何塑性形变的材料发生，以及如何不同的滑移系参与。一个重要的发现是，在加载过程中，系统中储存的GND密度的量增加，主要位于不主要负责产生塑性滑移的滑移系统上。这可能是所考虑的尺寸制度的特征，其对进一步的位错网络形成和对塑性硬化的相应贡献具有直接影响。
2020-11-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effect of alloying and microstructure on formability of advanced high-strength steels processed via quenching and partitioning
研究了淬火配分（Q&P）工艺中合金化和显微组织对先进高强度钢（AHSS）成形性能的影响。对三种不同合金元素组合和残余奥氏体体积分数的Q&P钢进行了单轴拉伸和Nakajima试验。拉伸力学性能的测定，并绘制成形极限图（FLD）。对试样的显微组织进行了分析，发现残余奥氏体含量明显减少。它表明，所有的钢都能够积累更高的量的塑性应变时，使用Nakajima方法测试。所观察到的现象是有关的多轴应力状态和应变梯度通过板厚度导致残留奥氏体的快速转变，以及回火马氏体基体的能力，积累塑性应变。令人惊讶的是，具有最高残留奥氏体体积分数和最高拉伸延展性的Q&P钢在所研究的等级中显示出最低的可成形性。后一种观察结果与促进微裂纹形成的初始新鲜马氏体和应力/应变诱发马氏体的分数的最高总和有关。讨论了回火马氏体基体在Q&P钢成形过程中积累塑性形变的作用和能力。
2021-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Accurate grain boundary plane distributions for textured microstructures from stereological analysis of orthogonal two-dimensional electron backscatter diffraction orientation maps
Imperial College London（帝国理工学院）；University of Oxford（牛津大学）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；BlueQuartz Software（BlueQuartz软件公司）；The Zero Institute（零研究所）
提出结合三个正交EBSD取向图数据的体视学方法，消除单一平面观察视角偏差，成功获取强织构显微组织定性准确的晶界平面分布，虽高估各向异性但定性分析有效。
2025-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Phase-fraction guided denoising diffusion model for augmenting multiphase steel microstructure segmentation via micrograph image-mask pair synthesis
Korea Institute of Materials Science（韩国材料科学研究院）；University of Science and Technology（科学技术大学）
针对金相显微组织分割中标注数据稀缺的问题，提出相位分数引导的一阶段扩散模型PF-DiffSeg，联合合成图像与掩膜，在MetalDAM基准上显著提升分割精度，尤其对少数类别，并优于GAN等基线。
2025-07-28 cond-mat.mtrl-sci cs.CV eess.IV
The effect of heating rate and soaking time on microstructure of an advanced high strength steel
研究了均热时间对一种初始组织为铁素体-珠光体的50%冷轧低碳钢超快热处理组织的影响。膨胀法分析用于估计加热速率对相变温度的影响，并选择合适的临界温度进行最终热处理。使用广泛的表征技术对热处理样品进行全面的定性和定量微观结构表征。在所有应用的热处理之后，形成由具有嵌入的马氏体和残余奥氏体的铁素体基体组成的复杂的多相、分级的显微组织。反过来，铁素体基体包含再结晶和非再结晶晶粒。它表明，超快加热通常会导致更精细的显微组织相比，独立于均热时间的常规加热。均热时间对超快加热材料的马氏体体积分数有显著影响，而在以常规加热速率加热的样品中，其在均热期间保持相对不变。讨论了在均热过程中发生的再结晶、恢复和相变与加热速率的关系。
2019-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Three-dimensional study of grain scale tensile twinning activity in Mg: A combination of microstructure characterization and mechanical modeling
拉伸孪晶是六方密排结构金属中的主要变形方式，因此全面了解孪晶机制具有重要意义，而二维或小体积三维表征技术还不能完全揭示孪晶机制。利用大面积三维电子背散射衍射（EBSD）技术和晶体塑性模型研究了镁合金的拉伸孪晶行为。结果表明，使用传统的2D EBSD扫描，拉伸孪生活动被低估。当压缩到屈服点时，二维EBSD所检测的孪晶频率低于三维EBSD。研究了Schmid因子（SF）对孪晶的影响。几乎所有高Schmid因子（SF> 0.35）的晶粒都是孪生的。在中等SF（0.35>= SF>= 0.15）晶粒中观察到82%的令人惊讶的高孪生频率，这是出乎意料的，因为认为中等SF晶粒不利于孪生。低SF（SF <0.15）颗粒中的孪晶频率从二维到三维EBSD略有增加，这是由于孪晶体积小。高SF晶粒中的剪切应力保持较高水平且分布均匀，有利于孪晶形核和长大。剪切应力在中间SF晶粒内分布不均匀，孪晶在正剪切应力区域内形核。低SF晶粒中的剪切应力不利于孪晶的形成，孪晶发生在应力积累附近。同一籽粒的孪生活动在不同层次上存在差异。这是由于粮食环境变化引起的应力波动造成的。
2023-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Employing constrained non-negative matrix factorization for microstructure segmentation
本文提出用约束非负矩阵分解分割EBSD微观结构，在像素级分辨小于1度的小角度晶界并预测花样重叠程度，经模拟和单晶枝晶实验验证其稳健有效。
2024-06-06 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
The superite phase and phase transition inducing multiscale solidification microstructures and segregations in steels
Shenyang National Laboratory for Materials Science, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences（中国科学院金属研究所）；Department of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology Liaoning（辽宁科技大学材料科学与工程学院）；Shanghai Synchrotron Radiation Facility (SSRF), Shanghai Advanced Research Institute, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海高等研究院）
研究揭示了钢固相变过程中超铁相的形成机制及多尺度微结构和偏析的产生，改变了对合金固化的传统认知。
2026-05-09 cond-mat.mtrl-sci
The Microstructure of Tool Steel after Low Temperature Ion Nitriding
研究了H13工具钢离子束渗氮后的组织变化。氮化实验在约400°C的相对低的温度下和在高真空制备室中以不同剂量的恒定离子束能量（400 eV）进行;离子源被供给有高纯度氮气。采用X射线光电子能谱学（XPS）、电子探针（EPMA）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、掠入射X射线衍射（XRD）和Bragg-Brentano X射线衍射（XRD）对样品进行了表征。特别是，氮的表面浓度的氮浓度-深度分布的发展和合金元素氮化物的可能的沉淀的影响进行了讨论。
2012-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure evolution and tensile behaviour of a cold rolled 8 wt\% Mn medium manganese steel
开发了一种新型中锰钢Novalloy，其成分为Fe-8.3Mn-3.8Al-1.8Si-0.5C-0.06V-0.05Sn，并通过热轧和亚温退火进行了形变热处理。该钢的屈服强度为1GPa，抗拉强度为1.13GPa，塑性为41%。为了研究亚温退火后冷轧对后续拉伸性能的影响，将该钢进一步冷轧至20%的压下量。冷轧后，观察到应变硬化率随着冷轧压下量的增加而不断增加，但在随后的拉伸试验中延展性没有显着下降。分析了冷轧压下量下的显微组织演变，以了解这种增强TRIP效应背后的机制。有人发现，冷轧激活额外的孪生系统，提供了大量的潜在的应变诱导马氏体的形核位点，在随后的拉伸试验中形成。
2021-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Multiphysics simulations of microstructure influence on hysteresis and eddy current losses of electrical steel
Michigan State University（密歇根州立大学）；Johannes Kepler University（约翰内斯·开普勒大学）
本文通过多尺度模拟研究电气钢微结构对磁滞和涡流损耗的影响，采用微磁模拟和计算 homogenization 方法分析 Fe-Si 合金的磁滞和导电性，揭示平均晶粒尺寸和晶界相厚度对损耗的影响。
2025-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Modelling the relationship between deformed microstructures and static recrystallization textures: application to ferritic stainless steels
我们提出了一个原始的方法来预测静态再结晶织构的发展过程中退火变形晶体材料。微观结构被认为是一个人口的亚晶粒和晶粒的大小和边界属性决定其增长速度。模型的输入参数直接测量的电子背散射衍射测量的变形微结构的取向图地图。亚晶性能的各向异性驱动竞争生长，导致再结晶织构的发展。通过模拟热轧铁素体不锈钢静态再结晶织构的发展，说明了该方法。模型预测被发现是在良好的协议与实验测量，并允许在再结晶织构的形成序列的深入调查。在由于有利的生长条件而形成的织构组分和由于它们在先前的变形状态中占优势而形成的织构组分之间建立了区别。在重结晶状态的α纤维取向的高分数被证明是一个结果，而不是一个优选的生长机制中的变形的微观结构，而不是他们的优势。因此，需要在退火之前对这些取向的分数进行严格控制，以使它们在再结晶状态下的存在最小化。
2021-02-18 cond-mat.mtrl-sci
The sensitivity of the microstructure and properties to the peak temperature in an ultrafast heat treated low carbon-steel
在这项工作中，我们研究了超快速热处理的低碳钢的组织和力学性能的峰值温度的敏感性。在所有研究的情况下，钢在临界温度范围内（即在AC1和AC3温度之间）加热。峰值温度和浸泡时间都是不同的，它们的影响的大小，个别微观结构成分的分数和它们的拉伸力学响应进行了研究。结果表明，提高峰值温度和保温时间，有利于铁素体基体中奥氏体的形成和再结晶过程。最高的纳米硬度显示由马氏体晶粒，而回收的铁素体表现出略高的纳米硬度相比，再结晶铁素体。热处理工艺参数对马氏体的纳米硬度有很大影响，而铁素体显微组织的纳米硬度对峰值温度和保温时间的变化不敏感。由于未再结晶铁素体的位错密度较高，其硬度高于再结晶铁素体。增加峰值温度促进材料的强化，但主要由于马氏体分数增加而牺牲其延展性。该钢表现出独立于峰值温度的增强的应变硬化能力。对实验结果的分析表明，+-10 ℃的工业加工窗口可能导致超快热处理板材局部组织的不均匀性。然而，后者不应对宏观尺度上的超快热处理钢板的整体机械行为产生任何负面影响。
2020-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Advancing characterisation with statistics from correlative electron diffraction and X-ray spectroscopy, in the scanning electron microscope
微结构中微量相的常规和独特测定对材料科学至关重要。仅在冶金学方面，应用包括合金和工艺开发以及对服务退化的理解。我们开发了一种相关的方法，探索高温合金的微观结构，在扫描电子显微镜（SEM）检查，同时使用能量色散X射线光谱（EDS）和电子背散射衍射（EBSD）。这是在适当的长度尺度下进行的，用于表征碳化物相的形状、尺寸、位置和分布。EDS和EBSD数据是使用两种不同的物理过程产生的，但每一种都提供了与入射电子束相互作用的材料的特征。在“大数据”方法的推动下，后处理方面的最新进展包括使用主成分分析。随后对组件进行表征，以将标签分配给映射区域。为了提供物理上有意义的信号，可以旋转主分量以控制方差的分布。在这项工作中，我们进一步发展这种方法通过加权PCA方法。我们同时使用EDS和EBSD信号，从而使用EDS（化学）和EBSD（晶体结构）信息标记每个区域。这提供了一种放大映射区域中非常小的相位的信噪比的新方法，特别是在EDS或EBSD信号对于分类来说不够独特的情况下。
2020-01-14 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
Microstructure quality control of steels using deep learning
Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM（弗劳恩霍夫材料力学研究所）；Schaeffler Technologies AG & Co. KG（舍弗勒技术股份两合公司）
针对钢材显微组织人工评级主观性强的问题，提出深度学习图像分类方法，实现马氏体/贝氏体子类型及针片长度的客观自动识别，并通过可解释性分析评估泛化能力。
2023-06-01 cond-mat.mtrl-sci cs.AI
X-ray microtomography of heavy microstructures: the case of Plasma-Sprayed Tungsten and Tungsten-Steel MMC
本文对等离子喷涂钨（PS-W）的同步辐射显微层析成像进行了研究。PS-W是一种具有挑战性的材料，因为它在不同的长度尺度（从纳米到微米）下表现出随机的多孔网络，并且几乎不能被X射线穿透。此外，内部孔隙率导致强烈的内部散射。关键的挑战是，首先，优化光束参数，考虑到光子能量（穿透深度）和空间分辨率之间的固有权衡，其次，开发有效的信号滤波算法。尽管检测到的信噪比有限，但可以重建大体积的PS-W，图像质量和微米分辨率良好（体素大小= 1.4 μm）。作为一个重要的结果，我们报告了优异的图像质量和更高的穿透深度，通过应用相同的设置在铁的微观结构，即10%W/钢MMC用作PS-W和铁素体/马氏体钢基体之间的夹层。本文报告了详细的三维形态分析的所有夹杂物类型在PS-W和W/钢，这导致了一个复杂的连接多孔网络在两种介质中的披露。分析中提出的多相体积分数，渗流比和三维形状描述符。详细分析了三维渗流模式，并讨论了受噪声影响的PS-W区域对分割阈值的敏感性。值得注意的是，渗透的多孔相被发现在整个涂层厚度的PS-W。在W-钢MMC渗流被发现在垂直平面和解释为热机械应力引起的分层发病。
2015-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Insight into the Induction Hardening Behavior of a New 0.40% C Microalloyed Steel: Effects of Initial Microstructure and Thermal Cycles
研究了一种新的热轧0.4wt.%使用Gleeble 3800模拟了具有上贝氏体和下贝氏体两种不同起始显微组织的碳钢。在1 - 500 °C/s范围内的加热速率对奥氏体晶粒尺寸分布的影响已被合理化。膨胀法与扫描电子显微镜结合电子背散射衍射分析和热力学模拟提供了对在不同加热速率下运行的奥氏体形成机制的深入了解。确定了再结晶过程中奥氏体形成的两种主要机制：扩散和无扩散（块状）。在常规（1-5 °C/s）和快速（10-50 °C/s）加热速率下，奥氏体形成机制和动力学由扩散控制，而在超快加热速率（100-500 °C/s）下，奥氏体的形成开始于扩散控制，但后来被大量转变机制所取代。全面的热力学描述的影响奥氏体形成的铁素体进行了讨论。最细的奥氏体晶粒尺寸和最高的最终硬度通过以50 °C/s的加热速率处理至850 °C的奥氏体化温度然后以60 °C/s冷却的下贝氏体起始显微组织来实现。感应淬火，加热速度，渗碳体溶解，原始奥氏体晶粒度，膨胀法
2019-03-08 cond-mat.mtrl-sci
The relative contributions of TWIP and TRIP to strength in fine grained medium-Mn steels
一种成分为Fe-4.8Mn-2.8Al-1.5Si-0.51C（wt. %）的中锰钢被加工以获得代表热轧机中两种不同方法的两种不同显微组织，产生等轴显微组织与混合的等轴和层状显微组织。两者都被发现表现出同时的$+$ TRIP塑性增强机制，其中变形孪晶和$α'$ -马氏体独立于应变孪晶形成。进行了中断拉伸试验，以研究两种组织之间的变形结构的差异。一个本构模型被用来发现，令人惊讶的是，孪生贡献相对较小的合金的强度，主要是由于精细的初始滑移长度，然后引起相对较小的机会，通过晶粒细分加工硬化。尽管如此，由于比等效双相钢（2- 3wt% Mn）更低的高成本合金添加剂和更大的延展性，中Mn TTRIP钢$+$仍然代表未来发展的有吸引力的领域。
2022-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Interplay between diffusive and displacive phase transformations: TTT diagrams and microstructures
使用Ginzburg-Landau框架研究了可以进行极快位移变换以及非常缓慢扩散变换的材料，以了解微观结构形成和时间-温度-变换（TTT）图背后的物理学。这个简单的模型捕捉到了合金（如钢）的基本特征，并预测了扩散机制和位移机制之间相互作用形成的混合微观结构。与转变相关联的固有体积变化稳定了混合微观结构，例如马氏体-残余奥氏体（导致马氏体终了温度的存在）和马氏体-珠光体。关键词：相场，调幅分解，珠光体，马氏体，钢，弹性协调
2006-05-23 cond-mat.mtrl-sci
Microstructure evolution and mechanical behavior of Fe-Mn-Al-C low-density steel upon aging
本研究探究Fe-28Mn-9Al-1C低密度钢不同时效条件下的微观组织演变，揭示k-碳化物的形核生长规律，确定550℃时效8小时为最优工艺，实现了高强度与高塑性的良好匹配。
2023-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Data-efficient U-Net for Segmentation of Carbide Microstructures in SEM Images of Steel Alloys
Helmholtz AI Team Matter (FWCC-A)（海德堡人工智能团队物质（FWCC-A））；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德罗斯登-罗斯托克研究中心）；Institute of Resource Ecology, Structural Materials Department（资源生态研究所，结构材料部门）
针对合金钢SEM图像中碳化物与基体灰度重叠导致阈值分割失效的问题，提出仅用10张标注图训练的轻量U-Net分割方法，以更高精度和更低标注成本实现碳化物自动分割，可泛化至其他钢材分析场景。
2025-11-14 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Microstructure and properties of Cu-Sn-Zn-TiO2 Nano-composite coatings on mild steel
Cu-Sn-Zn镀层具有良好的导电性、耐蚀性和可焊性等优点，在工业上得到了广泛的应用。为了进一步提高Cu-Sn-Zn镀层的力学性能，采用粉末强化法制备了不同TiO 2含量的Cu-Sn-Zn-TiO 2纳米复合镀层。采用X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）研究了Cu-Sn-Zn-TiO 2纳米复合镀层的微观结构。研究了涂层的力学性能，包括显微硬度和耐磨性。结果表明，纳米TiO 2的加入对Cu-Sn-Zn镀层的性能有显著影响。添加1g/L的TiO 2后，Cu-Sn-Zn镀层的显微硬度由330 HV提高到383 HV。涂层的耐蚀性也得到了提高。研究了TiO 2纳米粒子浓度对Cu-Sn-Zn-TiO 2纳米复合镀层的组织结构、力学性能和耐蚀性的影响。
2017-12-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Post-Heat Treatment Design of High-Strength Low-Alloy Steels Processed by Laser Powder Bed Fusion
在这项研究中，通过了解工艺-组织-性能关系，对增材制造的含铜高强度低合金（HSLA）-100钢进行了后热处理设计。采用热等静压（HIP）工艺对经激光粉末床熔合（LPBF）处理的HSLA-100钢进行处理，使其气孔率从3%降至1%以下。采用淬火速率法设计了热等静压工艺参数，使热等静压后的马氏体转变量最大。然后，引入循环再结晶的后热处理步骤，以有效地细化晶粒，补偿HIP后的粗化组织。最后，通过显微组织表征和显微硬度优化回火。与完工的HSLA相比，在后热处理期间具有定制的微观结构的HSLA的屈服强度增加了两倍。
2020-05-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The role of austenite twins on variant selection during bainitic decomposition of a low carbon (0.06 wt%) steel
University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）
研究通过显微镜和EBSD技术分析低碳钢分解过程中奥氏体孪晶对变体选择和晶粒生长的影响，揭示了高温晶界特征对显微结构设计的潜力。
2026-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Recrystallization as a tool to characterize and control the properties of cold sprayed materials: case study on 316L steel
Czech Technical University in Prague（布拉格捷克理工大学）；Institute of Plasma Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院等离子体物理研究所）
本研究以316L钢为例，通过EBSD和纳米压痕表征，揭示冷喷涂材料中变形诱导的异质性驱动再结晶，并证明可控再结晶可表征沉积变形并调控材料性能。
2026-10-05 cond-mat.mtrl-sci
On the critical role of martensite hardening behavior in the paradox of local and global ductility in dual-phase steels
针对双相钢全局塑性与局部塑性存在的悖论，本文通过微观力学统计研究发现马氏体硬化行为是核心影响因素，相力学性能差异的提升会增强全局塑性但削弱局部塑性，为研发兼具两类塑性的钢材提供了关键方向。
2022-11-17 cond-mat.mtrl-sci
A new class of carbon stabilized austenitic steels resistant to hydrogen embrittlement
本文提出利用C完全稳定商用冷作工具钢中的fcc奥氏体相，形成仅含奥氏体和M7C3碳化物的组织，并证明阴极充氢后强度与延性基本不变，为低成本抗氢钢提供新方向。
2023-09-27 cond-mat.mtrl-sci
The surface-tension-driven Benard conventions and unique sub-grain cellular microstructures in 316L steel selective laser melting
在某些特殊合金（316 L、Al-Si、Co-Cr-Mo）的选择性激光熔化（SLM）过程中发现了独特的亚晶结构，亚微米尺度的胞状、拉长胞状甚至能带结构总是共存于单个宏观凝固晶粒内部。此外，蜂窝结构是对称的，具有六边形、五边形和正方形蜂窝图案，其中蜂窝尺寸仅在1μm左右。单层和散装316 L SLM实验，揭示了这些亚晶胞状组织的形成机制。在复杂的温度梯度和表面张力梯度的作用下，固/液界面（所谓的糊状区）前的局部对流和Bénard不稳定性形成了复杂的亚微米蜂窝状图案。换句话说，在S/L界面处发生的这种非线性自组织现象（Bénard不稳定性）叠加在宏观晶粒凝固过程上，以形成亚晶粒图案/结构和元素微观偏析。这种简单而统一的解释可以扩展到由SLM形成的其他共晶合金，如Al-Si系统。
2018-01-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The inadequacy of the geometric features of MA islands in relating bainite microstructures to composition and processing conditions
本文统计分析约1500个贝氏体显微组织中约8500个MA岛的面积、紧凑度和长宽比，发现不同成分与热处理下其尺寸和形貌分布几乎不变，证明几何特征难以关联加工条件与显微组织。
2024-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Effect of homogenization on precipitation behavior and strengthening of 17-4PH stainless steel fabricated using laser powder bed fusion
有效的后热处理对于在增材制造（AM）部件中实现高性能所需的微观结构至关重要。本文研究了均匀化对17-4PH钢组织-性能关系的影响。在17-4PH钢中观察到NbC、氧化物和ε-Cu的析出。为了设计最佳的后热处理，在1050 ° C下进行不同时间的均质化，然后在482 ° C下老化1小时。结果表明，均质化1小时后再进行时效处理，由于马氏体和原奥氏体晶粒细化，导致强度和塑性的最佳组合。热处理后的合金的拉伸性能得到了改善，超过了传统制造的17-4PH钢。通过对合金微观组织的综合分析，推测合金中的非共格ε-Cu析出相在均匀化过程中溶解，随后在时效过程中以共格富Cu团簇的形式重新析出。本研究表明，使用后热处理改变沉淀行为是一个有效的途径，以显着提高AM合金的机械性能。
2021-12-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Sustainable steel through hydrogen plasma reduction of iron ore: process, kinetics, microstructure, chemistry
钢铁和炼钢是最大的单一工业二氧化碳排放源，占全球二氧化碳排放总量的6.5%。这一事实挑战了目前实现低碳钢生产的技术，并符合到2050年左右将所有二氧化碳排放量大幅减少80%的要求。因此，必须采用替代还原技术从矿石中提取铁。氢基直接还原已被探索作为一种可持续的途径，以减轻CO2的排放，其中还原动力学的中间氧化物产物FexO的方铁矿到铁是限速步骤的过程。总反应具有吸热净能量平衡。基于H等离子体的还原可能提供有吸引力的替代方案。在这里，我们提出了一个关于使用H等离子体还原赤铁矿的研究。在几个中间状态的演变，化学成分和相变进行了研究。我们发现，赤铁矿还原动力学取决于初始输入质量和电弧功率之间的平衡。对于一个优化的输入质量电弧功率比，完全减少，在15分钟内获得的H等离子体暴露。浮氏体还原也是完全还原的限速步骤。尽管如此，还原反应是放热的，并且其速率与基于H的直接还原中发现的速率相当。化学和微观结构分析表明，脉石元素分区的剩余氧化物区域，探测能量色散光谱和原子探针断层扫描。在枝晶间的铁橄榄石域，在方铁矿/铁异质界面和主要固化的氧化物颗粒内的Fe观察到Si富集。然而，随着还原的进行，这些元素逐渐从样品中除去，使得最终的铁产品几乎不含与脉石有关的杂质。
2022-08-01 cond-mat.mtrl-sci
On the relation between microstructure and impact toughness of 17-4__PH stainless steel produced by powder bed fusion laser beam (PBF-LB)
CNRS, INRAE, Centrale Lille, UMR 8207-UMET-Unité Matériaux et Transformations, Université de Lille（法国国家科学研究中心、法国国家农业食品与环境研究院、里尔中央理工学院、材料与转化联合研究实验室（UMR 8207）、里尔大学）；CETIM（法国机械工业技术中心）；EDF R&D（法国电力集团研发部）；R&D MMB, Volum-e（Volum-e公司，机械材料行为研发部）
本研究探讨了PBF-LB制备17-4 PH不锈钢的微观结构与冲击韧性关系，揭示了强度与韧性之间的权衡及微观结构对机械性能的影响。
2025-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Characterization of ultra-low carbon steel: A preliminary approach to investigate the quality and standards of locally-available steel
在目前的工作中，实验研究已经进行了暴露的热，机械和低碳钢的微观组织性能，以及检查蚀刻剂浓度和蚀刻时间对其微观结构的影响。从巴基斯坦白沙瓦的莫卧儿钢铁工业公司收集了薄板形式的超低碳钢。使用Nital作为蚀刻剂，通过两种不同的方法对样品进行化学蚀刻：第一，通过改变蚀刻时间同时保持蚀刻剂的组成相同，第二，通过保持时间恒定同时在5- 14%的范围内改变蚀刻剂的组成。微观结构分析表明，在乙醇中加入8%的硝酸可以获得超细晶粒。此外，我们注意到，获得清晰形态的最佳蚀刻时间为90秒。X射线衍射显示主要是α-铁。热分析显示轻微的重量损失，随后是1.31重量%的重量增加。在TDA曲线上观察到的收缩和膨胀表明BCC结构向FCC结构转变。结果表明，该试样具有良好的韧性、延展性和柔软性。
2018-05-25 cond-mat.mtrl-sci
A new unified approach for modeling hot rolling of steel Part 1: Comparison of models for recrystallization
综述了热轧过程中微观组织演变的模型。概述了与再结晶有关的基本宏观现象。基于半经验方程的本构模型进行了比较，更复杂的模型的基础上元胞自动机，顶点和Monte-Carlo-Potts方法。讨论了各种模型方法在钢铁工业在线和离线过程控制中的适用性。虽然本构模型仍然是最先进的在线过程控制，中尺度模型与微观结构的空间表示可以提供更好的预测能力，在长的计算时间的成本。为了填补这一空白，一种新的方法的基础上建模的多个晶粒的合奏的相互作用的概述和第一模拟结果。所提出的方法可以统一建模的动态，静态和变质再结晶以及晶粒长大。
2014-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Enhancing EBSD throughput of battery electrode materials using super-resolution generative adversarial networks
本研究提出SRGAN超分辨率框架，将EBSD分析通量提升25倍，优于经典插值方法，可高效获取高精度电池电极微观结构数据，助力材料研发与工业应用。
2026-08-20 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
SPD deformation of pearlitic, bainitic and martensitic steels
本文研究了珠光体、贝氏体和马氏体钢在剧烈塑性变形中的硬化行为，发现其微观结构最终趋于约10 nm的纳米晶结构，为超高强材料的开发提供了重要参考。
2024-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Parent grain reconstruction from partially or fully transformed microstructures in MTEX
一个通用的通用框架，从完全或部分转化的子微观结构的母颗粒重建被集成到开源晶体学工具箱MTEX。该框架将传统的母晶重构、相变和变体分析扩展到所有的母子晶对称组合。普遍适用的母体颗粒重建方法的固有多功能性以及进行深入变异分析的能力通过示例工作流程展示，这些示例工作流程可以由用户以编程方式修改以适应其特定应用。这通过三种应用突出显示，即板条马氏体钢中的$α$ -至- $γ$重构、Ti合金中的$α$ -至- $β$重构、以及孪生和相变诱导塑性钢中从$α$ -至-$\varepsilon$ -至-$γ$的两步重构.高级方向关系发现和分析选项，包括变体分析，通过附加函数库ORTools演示。
2021-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Superplasticity-like behavior of ultrafine-grained austenitic steel 321
本研究通过ECAP制备超细晶奥氏体钢321，发现其在750°C时表现出超塑性（伸长率约250%），机制为晶界滑动与幂律蠕变协同，断裂以空腔形成为特征。
2023-12-25 cond-mat.mtrl-sci
Investigating the difference in mechanical stability of retained austenite in bainitic and martensitic high-carbon bearing steels using in situ neutron diffraction and crystal plasticity modeling
The Timken Company（铁姆肯公司）；Chemical and Engineering Materials Division, Spallation Neutron Source, Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室散裂中子源化学与材料工程部）
通过原位中子衍射和晶体塑性建模研究高碳滚动轴承钢中残留奥氏体的机械稳定性，发现贝氏组织中残留奥氏体在较低应变下开始转变为马氏体，而马氏体组织中奥氏体转变速率更高。
2018-07-17 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Polycrystal model of the mechanical behavior of a Mo-TiC30vol.% metal-ceramic composite using a 3D microstructure map obtained by a dual beam FIB-SEM
Mo-TiC 30 vol. %的机械性能在大的温度范围（25^{ \circ }C至700^{ \circ }C）内研究了陶瓷-金属复合材料。高能X射线断层扫描被用来揭示通过复合材料的硬质碳化钛相的渗透。使用两相材料的多晶方法，对材料的真实3D聚集体进行有限元模拟。3D微观结构，用作预测的起始配置，通过在耦合到电子背散射衍射系统（3D EBSD，EBSD层析成像）的双束聚焦离子束（FIB）-扫描电子显微镜（SEM）中连续切片来获得。该3D聚集体由钼基体和碳化TiC骨架组成。与大多数BCC金属一样，钼基体相的特征在于塑性机制随温度的变化。我们使用多晶模型的BCC材料，这是扩展到两相（TiC和Mo）。通过对纯铌的实验，确定了基体的模型参数。对于所有的温度研究，TiC颗粒被认为是脆性的。TiC颗粒的逐渐损伤的治疗，基于累积失效法，这是近似的表观颗粒弹性刚度的演变。该模型使我们能够确定局部力学场的变形和温度的演变。我们表明，需要一个代表复合材料的实际微观结构的3D聚集体来了解所研究的复合材料的局部和全局力学性能。
2013-01-08 cond-mat.mtrl-sci physics.med-ph
TrueEBSD: correcting spatial distortions in electron backscatter diffraction maps
扫描电子显微镜中的电子背散射衍射（EBSD）通常用于多晶材料的微观结构表征。EBSD数据图通常在高平台倾斜和低扫描速度下获得，导致倾斜和漂移失真，使最终微观结构图中的特征模糊或失真。在本文中，我们描述了TrueEBSD，一个自动后处理过程的失真校正与像素级精度。中间图像用于分离倾斜和漂移失真分量，并将每个分量拟合到物理信息失真模型。我们证明TrueEBSD的三个案例研究（钛，锆和氢化物含锆），其中失真消除，使表征，否则无法访问的微观结构特征。
2020-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Influence of microstructure and atomic-scale chemistry on iron ore reduction with hydrogen at 700°C
钢铁年产量为18.5亿吨，在产量和环境影响方面是最重要的材料类别。虽然钢铁是可持续发展的推动者，例如通过轻量化设计，磁性设备和高效涡轮机，但其主要生产并非如此。3000年来，人们一直用碳从矿石中还原铁。今天，每吨钢产生2.1吨二氧化碳，占全球制造业二氧化碳排放量的30%，相当于全球二氧化碳排放量的6.5%。这些数字使钢铁制造成为最大的单一工业温室气体排放源。设想的未来工业路线，以减少这些二氧化碳排放的目标绿色氢作为还原剂。虽然该反应已经研究了几十年，但其动力学还没有得到很好的理解，特别是在浮氏体还原步骤期间，其比赤铁矿还原明显慢。该反应的许多限速因素由矿石的微结构和纳米结构以及局部化学组成。它们的量化允许知识驱动的矿石制备和工艺优化，使铁矿石的氢基还原在商业上可行，从而实现所需的大规模二氧化碳减排，以缓解全球变暖。在这里，我们报告了一个多尺度的结构和组成分析的铁还原赤铁矿与纯H2，达到近原子尺度。
2021-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Advanced Steel Microstructural Classification by Deep Learning Methods
Max Planck Institute for Informatics（马克斯·普朗克信息学研究所）；Material Engineering Center Saarland（萨尔兰材料工程中心）；German Aerospace Center (DLR)（德国航空航天中心）；Saarland University（萨尔兰大学）
材料的内部结构称为微观结构。它存储了材料的起源，并决定了其所有的物理和化学性质。虽然微观结构表征广泛传播且众所周知，但微观结构分类主要由人类专家手动完成，这由于主观性而产生不确定性。由于微观结构可能是具有复杂子结构的不同相或成分的组合，因此其自动分类非常具有挑战性，并且只有少数先前的研究存在。先前的工作集中于由专家设计和工程化的特征，并将微观结构与特征提取步骤分开分类。最近，深度学习方法通过从数据中学习特征以及分类步骤，在视觉应用中表现出强大的性能。在这项工作中，我们提出了一种深度学习方法，用于在低碳钢的某些微观结构成分的例子中进行微观结构分类。这种新的方法采用逐像素分割通过全卷积神经网络（FCNN）伴随着最大投票计划。我们的系统实现了93.94%的分类准确率，大大优于48.89%的准确率的最先进的方法。除了我们的方法的强大性能之外，这条研究路线为钢铁质量评估的艰巨任务提供了一种更强大和更客观的方法。
2018-02-15 cond-mat.mtrl-sci cs.CV
Cyclic Re-austenitization of Copper-bearing High-Strength Low-Alloy Steels Fabricated by Laser Powder Bed Fusion
首次对增材制造的高强度低合金（HSLA）钢进行循环再结晶，以通过减小原奥氏体晶粒（PAG）尺寸来细化显微组织。在这项工作中，HSLA-100钢处理激光粉末床融合（LPBF）技术进行了几个周期的再结晶淬火法。每个循环的显微组织表征揭示了贝氏体、马氏体和马氏体/奥氏体（M/A）岛的存在。通过对复热曲线和显微组织的分析发现，复热处理后，PAG尺寸减小，马氏体开始转变温度（Ms）降低，贝氏体转变量减少，残余奥氏体含量增加。同时，最高的显微硬度以及组成相的峰值纳米硬度在第2次循环时实现。相反，从第3次循环，显微硬度，以及组成相的纳米硬度，被发现由于PAG尺寸的增加而降低。这种行为与在实现峰值细化之后达到饱和极限的一般趋势相反。研究发现，残余奥氏体可以作为钉扎颗粒，阻碍PAG边界移动，其分数被发现从第3循环减少。因此，在第三次循环之后PAG尺寸的增加可以归因于有效钉扎颗粒的不稳定，以在再结晶期间阻碍PAG边界移动。
2020-06-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
MatSegNet: a New Boundary-aware Deep Learning Model for Accurate Carbide Precipitate Analysis in High-Strength Steels
Department of Mining and Materials Engineering, McGill University（麦吉尔大学采矿与材料工程系）；Department of Mechanical Engineering, McGill University（麦吉尔大学机械工程系）
MatSegNet通过深度学习模型实现高强钢中复杂轮廓碳化物的精确分割与定量分析，揭示LB和TM在碳化物特性上的相似性，挑战传统碳化物取向区分方法。
2026-03-23 cond-mat.mtrl-sci cs.CV cs.LG
Segregation at prior austenite grain boundaries: the competition between boron and hydrogen
本文结合热脱附谱、从头计算和多种微观表征，揭示了硼在马氏体钢原奥氏体晶界偏聚并排斥氢的机制，并通过热力学模型说明低偏聚能晶界陷阱优先饱和导致氢致失效，从而解释了PAGBs成为最薄弱组织特征的原因。
2024-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Influence of orientation-dependent lath martensite yielding on the hardening behavior of quenched martensitic steels
淬火马氏体显微组织中塑性开始的特征在于低的初始屈服应力，随后是极强的初始硬化响应，然后是突然的硬化饱和。文献将这种行为归因于从马氏体相变继承的残余应力和位错，或者归因于导致晶粒之间强度差异的微观结构不均匀性。在这里，我们认为，由于板条间的滑动，诱导子结构边界滑动机制，板条马氏体的取向相关屈服，也可能有助于显着观察到的行为。为了证明这一点，我们系统地研究了它的定量贡献的弹塑性转变行为的数值微观结构模型。在模拟中，我们采用了一个有效的层压模型的马氏体包，考虑到屈服各向异性由于沿包的惯习面方向滑动。考虑到碳含量的影响，考虑了具有不同水平板条强度的马氏体显微组织。结果表明，具有良好的习惯面取向的马氏体包开始屈服较早，与那些具有不利的取向，最初保持弹性。因此，微观结构的宏观尺度响应表现出低屈服应力，随后是显著程度的初始硬化，其持续直到接近饱和应力水平。表观加工硬化率取决于模型中使用的习惯平面和习惯平面屈服强度之间的对比。
2022-11-16 cond-mat.mtrl-sci
Chemical heterogeneity enhances hydrogen resistance in high-strength steels
本研究提出利用微观结构中的化学异质性（富锰区）局部增强抗裂性和氢捕获能力，使高强度钢的抗氢脆性能提升两倍，且不损失强度与延展性。
2023-08-30 cond-mat.mtrl-sci
Effective structural unit analysis in hexagonal close packed alloys -- reconstruction of parent beta microstructures & crystal orientation post processing analysis
具有同素异形相变的材料可以导致形成微观结构，其中晶粒具有由相变历史确定的取向关系（OR）。这些微观结构影响最终材料的性能。在锆合金中，存在固态体心立方（BCC）到六方密堆积（HCP）相变，其中HCP相的晶体取向可以通过Burgers取向关系（BOR）与母体BCC结构相关。在目前的工作中，我们适应的重建代码开发的钢，使用马尔可夫链聚类算法分析电子背散射衍射（EBSD）的地图，并将其应用到HCP和BCC BOR。该算法作为开源代码发布（通过github，作为ParentBOR）。该算法能够对原始和重建数据集进行新的后处理，以分析存在的HCP α相的变体，并了解每个母体β晶粒内的共享晶面和共享晶格方向，我们预计这有助于了解最终微观结构的变形相关特性。最后，我们比较了ParentBOR代码与最近发布的MTEX实现的重建代码，以揭示微观结构如何描述的差异和相似之处。
2021-09-29 cond-mat.mtrl-sci
