含特异大晶粒的纯铁晶粒组织的三维重建及表征

【作者】 薛维华； 王浩； 刘国权； 冯敏楠； 张一帆；

【机构】 北京科技大学材料科学与工程学院； 辽宁工程技术大学材料科学与工程学院； 北京科技大学钢铁共性技术协同创新中心；

【摘要】 晶粒特性与行为规律的分析是多晶材料研究中的一个基本问题。由于受到各种复杂因素的作用,多晶材料组织中往往会存在少数显著有别于多晶体平均特性的特异大晶粒,严重影响到材料性能和组织的统计特性。为了对这类特异晶粒进行精细的研究,采用系列截面法对含有特异大晶粒的纯铁晶粒组织进行了三维重建,以此为基础,从三维材料科学角度分析了晶粒组织和特异大晶粒的特征。实验材料为高纯原料纯铁YT01,含铁量大于99.9%（质量分数）。对锻后空冷纯铁棒料进行650℃×2h的退火处理,截取适当长度在压力机上进行8%的压缩以使其产生临界变形,再在700℃左右退火1.5h,获取易于进行系列截面法实验的含特异晶粒组织样品。样品中普通晶粒的平均晶粒尺寸为40μm左右,特异晶粒的平均等体积球直径为265μm,体数量密度为6.8×10^-9μm^-3。按照获取完整特异晶粒的实验策略^[1]选取系列截面实验观测区域为1.3 mm×1.8 mm。通过反复进行抛光、侵蚀、照相,获取375个系列截而的晶粒组织图像,系列截面层间距1.8μm,分析区域深度675μm。利用交互式的基于晶粒组织图像序列间相似性的图像处理方法^[2]进行晶粒图像的分割和计算机三维可视化。实验共重建晶粒30468个,其中完整晶粒21613个,包括特异大晶粒6个,最大晶粒的面数为775。初步分析表明,由于特异晶粒的数目很少,晶粒组织中不同组别（面数、晶粒尺寸等）晶粒的相对数量分布的与正常晶粒组织基本一致,而相对体积分数的分布则有明显的不同。用体积分数的分布可以较明显的反映少数特异晶粒对组织统计特征的影响。更多还原