A mean-field model of static recrystallization considering orientation spreads and their time-evolution
本文建立了一个模拟晶体材料静态再结晶过程中微观结构演化的平均场模型。该模型考虑了在均匀介质中生长的单个细胞（即晶粒和亚晶粒）的群体，代表平均微观结构特性。计算生长速率所需的单个细胞和介质的平均边界性质，作为微观结构拓扑结构和晶体取向分布的函数进行统计估计。再结晶颗粒是由细胞间的竞争生长产生的。在介绍了该算法之后，将该模型与用2D顶点模型进行的再结晶全场模拟进行了比较。结果表明，平均场模型准确地预测了边界性质随时间的演变，以及几个再结晶参数，包括动力学和晶粒取向。结果允许一个调查的作用，取向传播的边界属性的确定，再结晶晶粒的形成和再结晶动力学。该模型可用于实验获得的输入，以研究变形和再结晶组织之间的关系。
2020-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Irradiation-Driven Recrystallization in Fusion-Grade Tungsten: A Mesoscale, Microstructure-Aware Model
University of California Los Angeles（加州大学洛杉矶分校）；University of Miami（迈阿密大学）；Stony Brook University（石溪大学）；Oak Ridge National Laboratory（橡树岭国家实验室）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）
本研究提出了一种介观尺度、微观结构感知模型，用于模拟聚变级钨多晶中塑性变形、辐照损伤和晶粒生长的共同演化，揭示温度和铼偏析对再结晶温度的影响。
2026-02-20 cond-mat.mtrl-sci
An integrated full-field model of concurrent plastic deformation and microstructure evolution: Application to 3D simulation of dynamic recrystallization in polycrystalline copper
在高温下的许多时间依赖性变形过程产生显著的并发微观结构变化，可以以深刻的方式改变机械性能。这种微观结构的演变通常是缺乏中尺度变形模型和模拟。在这里，我们提出了一个集成的全场建模方案，耦合的机械响应与底层的微观结构的演变。作为第一个演示，我们集成了基于快速傅立叶变换的弹粘塑性（FFT-EVP）模型与相场（PF）再结晶模型，并进行三维（3D）模拟多晶铜的动态再结晶（DRX）。FFT-EVP和PF之间基于物理的耦合是通过以下方式实现的：（1）在FFT-EVP中采用基于位错的本构模型，其允许将预测的位错密度分布转换为存储的能量分布并传递到PF，以及（2）实施用于DRX的随机成核模型。与实验DRX应力-应变曲线校准，集成模型能够提供全场的力学和微观结构信息，从DRX可以实现定量描述和分析。有人建议，DRX的启动发生显着早于以前的预测，由于非均匀变形。DRX晶粒被揭示为在晶界和结（例如，四重连接），并且在生长期间倾向于保持与旧晶粒的三线。由此产生的应力重分布被发现有深远的影响，随后的位错演化和软化。
2015-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Improved understanding of the growth of blocky alpha in welded Zircaloy-4
本文通过非原位与原位 EBSD 加热实验揭示焊接 Zircaloy-4 中块状 α 晶粒沿先前 β 晶界生长的机制，并实现由焊态组织预测晶粒尺寸与形貌。
2024-02-27 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
Hydride growth mechanism in Zircaloy-4: investigation of the partitioning of alloying elements
水基核反应堆的长期安全性部分取决于锆基核燃料的可靠性。然而，氢在使用过程中的逐渐进入使锆合金易于发生延迟氢化物开裂。在这里，我们使用电子背散射衍射和原子探针断层扫描的组合，以调查特定的微观结构特征，从收到的样品和在块α微观结构，之前和之后的电化学充电与氢或氘，然后在400 ℃的低温热处理5小时，然后炉冷却速率为0。原子探针的样品在低温下制备，以避免形成假晶体。我们报告的过程中的样品的热历史的晶粒和晶界的成分演变，以及的方式的增长的局部修改的合金的成分和结构。我们观察到大量的氘留在基质中，即使在缓慢冷却和生长的氘。堆垛层错在生长前沿形成，Sn在晶界-基体界面和这些层错上偏析。我们建议，这种隔离可能有利于进一步增长的氢化物。我们的系统研究使我们能够讨论溶质分布如何影响合金的性能在其使用寿命期间的演变。
2020-09-17 cond-mat.mtrl-sci
On stress-assisted boundary migration during recrystallization
Technical University of Denmark（丹麦技术大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Chongqing University（重庆大学）
本研究通过原位退火结合EBSD和数字图像相关分析，揭示了高纯铝再结晶晶粒表面边界迁移的应力机制，发现局部残余应变与边界迁移方向存在显著关联。
2026-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Long-term microstructural evolution of tungsten under heat and neutron loads
在核聚变反应堆中，钨将在高温（>900 C）下暴露于高中子负荷。这些条件下机械性能的演变和退化是不确定的，因此构成了重大风险。在这里，结合热和中子负荷下的钨的微观结构演变进行了研究，使用多尺度的方法，将集群动力学和平均场再结晶模型。平均场再结晶模型包含了体相和晶界的形核。团簇动力学模型包括位错网络动力学中的环作为一种机制。探讨了体形核对微结构演化的影响。模拟预测周期性发生的中子诱导再结晶在所有研究的温度。此外，中子诱导再结晶过程中的辐照硬化的演变进行了评估，从模拟的显微组织。
2019-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Influence of deformation and annealing twinning on the microstructure and texture evolution of face-centered cubic high-entropy alloys
研究了等原子态CoCrFeMnNi高熵合金（HEA）在变形和退火过程中激活的物理机制对显微组织和织构演变以及力学性能的影响。采用冷轧和退火相结合的方法来研究HEA的变形、恢复、部分再结晶和完全再结晶状态。通过电子背散射衍射、透射电子显微镜和X射线衍射进行了详细的微观结构和织构分析。使用单轴拉伸试验评价机械性能。本次调查的一个具体重点放在研究变形和退火孪晶对材料行为的影响。结果表明，在冷轧变形过程中，孪晶促进了Cu型织构向Cu型织构的转变，而退火孪晶则对再结晶过程中形成的织构产生强烈的改性作用。实验和元胞自动机模拟结果证实了特定孪晶取向的形成和再结晶织构的随机化。在冷轧和退火材料的拉伸过程中，观察到高的加工硬化性。我们将这种行为主要归因于平面位错滑移的主导地位和动态恢复的趋势降低，因为观察到变形孪晶仅在非再结晶晶粒中激活，因此对整体塑性的贡献最小。详细讨论了形变/退火孪晶与材料行为的关系。
2017-12-05 cond-mat.mtrl-sci
A Comparative Analysis of Inconel 718 Made by Additive Manufacturing and Suction Casting: Microstructure Evolution in Homogenization
均匀化是增材制造（AM）部件后热处理中实现均匀微观结构的关键阶段之一。在均匀化过程中，晶粒粗化可能是保留强度的问题，这需要仔细设计时间和温度。因此，适当的均匀化设计对于AM设计变得特别重要，因为加工硬化通常不再是一种选择。在这项工作中，我们发现了一个有趣的现象，在均匀化的吸铸和AM Inconel 718高温合金。通过1180°C的短期和长期等温热处理，我们观察到在吸铸合金中的异常晶粒长大，而在激光粉末床熔合（LPBF）制备的合金中的连续再结晶。均质12 h后，AM样品的晶粒尺寸保持在130 μm左右，甚至略有减小。Nb在AM合金中的均匀性被确定为NbC形成的关键因素，其进一步影响在1180°C下的再结晶动力学。多类型的位错行为进行了研究，以阐明在均匀化合金LPBF后观察到的晶粒细化。该研究为AM合金的微观组织工程提供了一条新的途径，以改善其机械性能，使其优于传统制造的合金。
2020-09-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Understanding the kinetics of static recrystallization in Mg-Zn-Ca alloys using an integrated PRISMS simulation framework
University of Michigan（密歇根大学）
本研究利用整合的PRISMS模拟框架，通过实验数据验证，探讨Mg-Zn-Ca合金再结晶动力学及影响因素
2026-02-18 cond-mat.mtrl-sci
A multi-physics model for dislocation driven spontaneous grain nucleation and microstructure evolution in polycrystals
提出统一热力学一致的多物理场模型，融合Cosserat晶体塑性与HMP取向相场，实现位错驱动的自发晶粒形核及晶界迁移模拟。
2025-06-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Microstructural engineering of medium entropy NiCo(CrAl) alloy for enhanced room and high-temperature mechanical properties
这项工作演示了一个强大的和韧性的中熵合金的发展，采用传统的合金化和热机械加工诱导部分再结晶（PR）和析出强化的显微组织。电子显微镜和原子探针层析成像的结合使用揭示了在此过程中的微观结构演变的顺序。首先，均匀化合金的冷加工导致高度变形的显微组织。在700°C下退火时，B2有序沉淀物在高度取向错误的位点上非均匀地成核。这些B2促进新的再结晶的无应变晶粒的粒子刺激成核（PSN）。再结晶晶界的迁移导致高密度层状组织中L12有序区的不连续析出。原子尺度的成分分析表明，显着量的Ni局限于GB区域之间的B2和L12沉淀，表明镍作为一个速率控制元素粗化的微观结构。在20小时的退火时，该合金包括软再结晶区和硬非再结晶区的复合微观结构、晶界（GB）处的B2颗粒和晶粒内的共格L12沉淀物。B2在再结晶期间固定GB运动，而后者提供高强度。该显微组织在环境温度下的0.2%屈服应力（YS）值为1030 MPa，伸长率为32%，并且在670°C下保持高达910 MPa。此外，它在700 °C下显示出出色的微观结构稳定性，并在高达770°C的高温下抗变形。变形显微组织的检查揭示了过度的孪晶、堆垛层错的形成、L12沉淀物的剪切以及归因于合金的高应变硬化的在B2沉淀物和GB周围的位错的积累。
2021-09-28 cond-mat.mtrl-sci
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
Significance of Strain Rate in Severe Plastic Deformation on Steady-State Microstructure and Strength
材料经过剧烈塑性形变后，其微观组织和力学性能趋于稳定。尽管温度对稳态微观结构的影响是众所周知的，但在应变速率的意义和Zener-Hollomon参数在这方面的适用性上还没有达成普遍一致。在这项研究中，几种纯金属（铝，铜，钛，铁）和Cu-30 Zn（重量%）黄铜合金已被处理的高速高压扭转（HPT）设备与可控的旋转速度在0.06至60 rpm的范围内。据发现，微晶/晶粒尺寸，位错密度，显微硬度和剪切应力在稳定状态下是合理的速率无关的冯米塞斯应变速率在0.004至20 s-1的范围内。由于晶粒细化和动态再结晶的速率都与应变速率成正比，因此建议它们的平衡（决定稳定状态）与速率无关。
2023-01-07 cond-mat.mtrl-sci
The influence of Y content on grain structure evolution in Mg-Y alloys
University of Michigan（密歇根大学）
本研究探讨了钇含量对Mg-Y合金晶粒结构演变的影响，发现Y在晶界处的偏析效应显著抑制了再结晶和晶粒生长，为设计热稳定的镁合金提供了新思路。
2026-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Radial Variation of Microstructure in a Direct-Chill Cast AA7050 Billet on Homogenization
本研究针对AA7050合金开发耦合多尺度的全流程凝固均匀化数值模型，揭示了宏观偏析对DC铸锭径向微观组织的影响机制，解释了铸锭表面更易再结晶的原因。
2023-08-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Comparison of evolving interfaces, triple points, and quadruple points for discrete and diffuse interface methods
界面的演化是许多物理过程所固有的，从流体中的空化到固体中的重结晶。界面运动的计算建模带来了许多挑战，其中许多挑战与模拟过程中可能发生的拓扑转换范围有关。由于晶界性质的极端多样性、异质性和各向异性，涉及晶界运动的多晶材料中的微结构演化是特别复杂的示例。然而，准确地模拟这一过程对于确定多晶材料中的工艺-结构-性能关系至关重要。在这种材料中的微观结构演变的模拟通常使用扩散界面方法，如相场方法，其具有多功能性和易于处理复杂几何形状的优点，但由于需要高界面分辨率而可能过于昂贵。离散界面方法需要更少的网格点，因此可以表现出更好的性能，但受到的关注相对较少，可能是由于维护网格和一致地实现晶界网络上的拓扑转换的困难。这项工作明确地比较了最近开发的离散界面方法的多相场方法在多晶材料的微观结构演变的几个经典问题：收缩球形晶粒，稳态三重结二面角，和稳态四重点二面角。在每种情况下，离散方法被发现满足或优于多相场法的精度可比水平的细化，证明其潜在的功效作为一种数值方法的微观结构演变多晶材料。
2022-06-30 cond-mat.mtrl-sci
In situ XRD studies of the process dynamics during annealing in cold rolled copper
在退火过程中，沿两个不同的晶面，即，{111}用原位X射线衍射方法研究了形变铜中{220}和{220}相的形成过程。研究已进行了50%和80%的轧制铜板。已使用光学显微镜和电子背散射衍射测量的轧制样品的显微组织的特征。用Scherrer方程和改进的Rietveld技术从X-射线衍射图中计算了微结构参数。沿不同平面的存储能量确定使用修改的Stibitz公式从X射线峰展宽和散装存储能量已使用差示扫描量热法进行了评估。回复和再结晶的过程动力学观察到通过释放存储的能量已被建模为二阶和一阶过程分别。
2015-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Role of diffusion-induced grain boundary migration during molten salt corrosion of a Ni-30Cr alloy
University of Michigan（密歇根大学）；University of Wisconsin, Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
研究发现扩散诱导晶界迁移在熔融盐腐蚀中起关键作用，通过对比电抛光和打磨表面的腐蚀行为，揭示了晶界迁移对合金腐蚀响应的决定性影响。
2026-04-14 cond-mat.mtrl-sci
A crystal symmetry-invariant Kobayashi--Warren--Carter grain boundary model and its implementation using a thresholding algorithm
晶界建模的最重要的目的之一是预测大量晶粒的演变，如异常晶粒生长，耦合晶界运动和极端热机械载荷下发生的再结晶现象。Admal等人（2018）最近开发了一个统一的框架来研究晶界与体塑性的共同演化，该框架基于将晶界建模为由基于Kobayashi-Warren-Carter（KWC）模型的能量控制的连续位错（Kobayashi等人，1998年，2000年）。虽然由此产生的统一模型演示耦合晶界运动和结晶（在再结晶中看到），它是有限的阅读-肖克利型，这只适用于小的取向差角的晶界能量。此外，使用有限元的统一模型的实施继承了KWC模型的计算挑战，源于其控制方程的奇异扩散性质。本研究的主要目标是推广的KWC功能的晶界能量超出阅读-肖克利型，尊重晶界的bichtenchallography。KWC模型的计算挑战的解决，通过开发一个阈值的方法，依赖于原始对偶算法和快速行进的方法，从而在O（NlogN）的算法，其中N是网格点的数量。我们通过证明Herring角关系来验证该模型，然后研究二维面心立方铜多晶中的晶粒微结构演化，其中晶体不变性晶界能数据来自Runnels等人的晶格匹配方法。（2016 a，b）。
2021-10-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Influence of process conditions and pore morphology on the closure rate of pores in hot rolling of steel
钢板由在连续铸造中生产的板坯制造，这不可避免地导致多孔的初始显微结构。这些气孔是韧性损伤的核心，在轧制过程中需要闭合，以满足当今先进高强度钢的严格性能要求。由于辊缝的有利形状因素，再结晶和高扩散速率孔隙闭合和消除主要发生在热轧期间。基于代表体积元法，研究了孔隙闭合的相关影响因素。首先，通过宏观有限元法计算典型多道次热轧规程的负荷状态，然后将其应用于微观RVE。在RVE内，跟踪给定孔隙的形状变化并计算闭合比。本文阐述了不同轧辊直径、每道次绝对压下量、气孔形状和气孔取向对闭合率的影响。结果表明，在热轧初期，大部分气孔可以闭合。然而，可通过适当的工艺参数加速孔闭合。此外，如果需要精确了解导致完全孔闭合的总高度减小，则应考虑孔的形状和取向。
2020-05-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Phase nucleation, coarsening and evolution pathways of a sputtered nanostructured Inconel 725 alloy during heat treatment
Hopkins Extreme Materials Institute, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学极端材料研究所）；University of Southern California（南加州大学）
研究纳米结构Inconel 725合金热处理中相形核与演化路径，通过固溶和时效处理，利用缺陷结构控制相选择和析出路径，实现同时析出强化和晶粒稳定，为定制微观结构和协同强化提供策略。
2026-08-26 cond-mat.mtrl-sci
