Sn-Bi-Cu合金熔体结构变化及对凝固组织影响

为了探索合金熔体结构与凝固组织间的相关性,进一步改进Sn-Bi-Cu无铅焊料合金组织性能,运用四探针电阻法对Sn70Bi10Cu三元合金的熔体过热行为进行了初步探索.结果表明,升温过程中合金熔体电阻率在812～821℃温度范围内发生了突变,且在降温过程中突变不再发生,表明熔体结构在这一温度区间发生了不可逆的结构转变.通过金相组织观察及力学性能测试发现,该不可逆的转变行为使其凝固组织明显细化及力学性能得到一定的提高:压缩强度极限σd提高了约8%,表面维氏硬度提高约18%.     

温度诱导的液-液结构转变对Sn-10％Bi合金凝固的影响

以温度诱导的液-液结构转变为切入点,研究了Sn-10％Bi合金经不同过热处理后凝固行为和凝固组织的变化.首先利用自制的定向凝固装置进行了液-液结构转变对Sn-10％Bi合金的定向凝固影响的研究.然后测定经不同过热处理的合金熔体相应的凝固曲线,并观察凝固组织.结果表明,相对于在结构转变前保温处理的熔体,经历了结构转变的合金熔体,凝固时所需过冷度增大,并且凝固组织显著细化;揭示了温度诱导液-液结构转变对合金凝固行为及组织有着明显影响.     

Al-18%Si合金凝固组织与熔体状态的相关性

本文以直流四电极法探索了Al-18%Si合金在升温过程中熔体的电阻率-温度（-ρT）关系,根据在800~950℃及950~1050℃区间-ρT的异常行为分析认为,后者对应液-液结构转变,其间原先的Si原子团簇被打破,原子重新排列形成新的细小团簇,液体结构更加均匀,而前者则为预转变。依据上述信息采取不同温度分别进行熔体过热处理来探索其凝固组织的差别,结果发现,相对于常规熔炼温度,在高于熔体结构转变温度（1150℃）进行熔体过热处理,初晶硅明显细化,而在预转变状态进行熔体过热处理并不能明显改变凝固行为和组织。     

Bi-20%Sb合金不同熔体状态下的凝固行为及组织

前期研究发现,升温过程中Bi-20%Sb合金熔体在829～1107℃区间存在不可逆的电阻率温度异常行为。据此,分别选取700℃和900℃进行等温电阻率试验,在700℃保温电阻率随时间无变化,而在900℃保温过程中电阻率在37～54min发生了明显降低,揭示熔体结构状态发生了改变。根据这一结果进行凝固试验,发现在相同的冷却条件下经历过熔体结构转变试样的冷却速度较慢,凝固组织明显细化;两种熔体状态下的过冷度与冷却速率分别满足分段线性关系;两种熔体状态下单位面积晶粒数和冷却速率均满足良好的线性关系。凝固过冷度增加,是因为合金熔体在结构转变后原子团簇变得更加细小均匀,需要降到更低温度时才可以发生形核。冷却速度变慢,是因为热导率随着混乱度的增加而减小,经历过熔体结构转变的熔体在降温的过程中热导率减小。     

熔体过热温度对Al-4.7%Cu合金定向凝固组织和性能的影响

在温度梯度和抽拉速率一定的条件下,研究熔体过热温度Ts对Al-4.7%Cu合金定向凝固组织及力学性能的影响,利用综合热分析仪测定Al-4.7%Cu合金熔体结构特征及变化过程。试验结果表明:熔体过热温度对Al-4.7%Cu合金定向凝固组织及力学性能有显著影响,经过1 050℃过热处理的一次枝晶间距1λ比在750℃无过热直接定向凝固的减小了35%左右,抗拉强度提高了近30%,伸长率提高了近40%;熔体过热处理改变了熔体的结构状态,从而影响了最终组织及性能;通过熔体过热处理的Al-4.7%Cu合金,其富Cu相明显减少,断口韧窝数量显著增加。     

Pb-Sb30%液-液结构转变的不可逆性及其对凝固的影响

在前期研究发现一些二元合金在液相线上数百度温度范围内发生温度诱导液-液结构转变的基础上,进一步研究了Pb-Sb30%合金液-液结构转变的可逆性,结果表明,该合金熔体发生的结构转变是不可逆的;并探讨了液-液结构转变对其凝固行为及组织的影响,发现结构变化后的熔体凝固过冷度增大,初生相和共晶相组织明显细化,且维氏硬度值提高约30%。     

熔体过热处理对Cu-9Al-4Fe合金组织及高温力学性能影响

通过熔体过热处理方法,限定其它因素保持不变的情况下,研究了不同熔体过热温度对Cu-9Al-4Fe铝青铜合金(QAl9-4)的凝固组织及其高温力学性能的影响。结果表明:经熔体过热处理后的铝青铜合金凝固组织晶粒尺寸明显细化、形貌等轴化;高温超塑性能得到改善,800℃下初始最大拉伸屈服应力降低约28%,最大伸长率δ提高了约36%;600℃下其稳态蠕变速率和蠕变变形量明显降低,抗蠕变能力得到有效的提高。     

温度诱导液相结构转变对Pb-Sn合金凝固行为及组织的影响

在前期工作发现的某些合金熔体发生温度诱导非连续液-液结构转变的基础上,通过研究Pb-Sn共晶合金及Pb-Sn80%合金发生液-液结构转变前后熔体的凝固行为及组织,发现后者凝固过冷度较发生熔体结构转变前成倍增大,并导致凝固组织的明显细化.揭示了温度诱导非连续液-液结构转变对合金凝固行为及组织有着明显影响.     

Bi_2Te_(2.55)Se_(0.45)合金熔体电阻率及凝固与熔体状态相关性的探索

探索了Bi2Te2.55Se0.45热电材料熔体的电阻率温度行为,并在此基础上,采用热分析法、金相分析、X射线衍射、SEM和EDS等表征手段研究了不同熔体状态对Bi2Te2.55Se0.45合金凝固行为和组织的影响。结果所示,Bi2Te2.55Se0.45合金熔体升温过程中在840~940℃的范围内存在温度诱导不可逆液-液结构转变。凝固结果表明,熔体结构转变后合金熔体的凝固行为和组织与转变前熔体的凝固情况有明显差别,如形核和生长过冷度分别增加了17.6℃和2.2℃,形核率明显提高,凝固时间缩短了8 s,凝固组织明显细化,且分布更为均匀;此外,熔体状态的改变使合金XRD特征峰向高角度偏移,沿(00l)晶面的择优取向明显减弱。     

熔体过热处理对CuAlFeNi合金组织及高温力学性能影响

针对一种复杂铝青铜合金Cu Al Fe Ni(QAl10-4-4),在限定其它因素保持不变的情况下,考察了熔体过热处理对该合金的微观组织和高温力学性能的影响。结果表明:经熔体过热处理后的QAl10-4-4合金凝固组织晶粒尺寸明显细化、晶粒形貌更加规整;稳态阶段蠕变变形量明显减小,蠕变速率由未经过热处理的0.586 mm/h减小至经过热处理的0.208 mm/h,整个蠕变过程时间明显延长,抗蠕变能力得到有效地提高。     

Sn-6Bi合金熔体结构转变对凝固组织的影响

通过研究Sn-6Bi合金熔体电阻率随温度的变化规律,发现在不同的温度区间合金发生了两种不同类型的液液结构转变,即高温阶段(890～1095℃)不可逆转变和低温阶段(645℃)的可逆液液结构转变。分析认为可逆的液液结构转变是由四面体结构的Sn-Sn共价键团簇的打破和重聚引起的,而不可逆液液结构转变是由(Bi)n原子集团、亚稳态的Sn原子团簇引起的。根据这一结果进行凝固试验,发现当熔体经历过温度诱导结构转变后会使凝固过冷度增大,凝固时间延长,凝固过程中释放的凝固潜热略微减少,凝固组织明显细化。     

Bi-20.5Te合金熔体结构转变及其对凝固的影响

通过对Bi-20．5Te合金熔体电阻率随温度变化的研究，发现合金熔体在642℃时存在着液一液结构转变。分析Bi-Te合金熔体在不同成分和不同温度的原子结合规律，认为这种结构转变是由于熔体中的原子团簇变化引起的。将Bi-20．5Te合金分别在熔体结构转变前温度（600℃）、结构转变后温度（700℃）的范围内熔炼、保温，测定相应的凝固曲线，并观察凝固组织。结果表明，相对于在结构转变前保温处理的熔体，将合金在700℃保温处理后，凝固时所需过冷度增大，释放凝固潜热更加剧烈，并且凝固组织显著细化。产生这种现象的原因是由于熔体结构内的Bi—Bi同类原子团簇，以及具有共价结合的Bi—Te原子团簇在高温下被打破，熔体趋向均匀，对凝固过程中的原子扩散造成影响，进而影响合金的凝固行为及组织。     

熔体状态对B83巴氏合金凝固组织和摩擦性能的影响

探索了升降温过程B83巴氏合金液体的电阻率温度行为(ρ-T),继而根据所揭示的熔体状态随温度改变的信息,研究了不同熔体状态对凝固行为、凝固组织形貌和摩擦性能的影响。B83熔体ρ-T行为提示,合金液在首轮升温过程的779~1 001℃范围存在不可逆的熔体状态转变,且在后续升降温过程中,在720℃左右存在可逆熔体状态转变。凝固实验表明,经历了不可逆熔体状态转变的熔体开始凝固形核时间滞后,在凝固过程每一阶段的过冷度都有所增大,且在坩埚空冷和铜管冷却条件下凝固组织明显细化,分布更为均匀。检测表明,组织的改变提高了B83合金维氏硬度,还使其具有更好的摩擦特性。这些结果对巴氏合金制备方法的创新及提高服役性能具有积极意义,同时也再次证明,藉熔炼温度调控熔体结构状态,可有效改善合金凝固组织与性能。     

SnSb15合金液-液结构转变的可逆性及熔体状态对凝固的影响EI北大核心CSCD

为了探讨液-液结构转变的可逆性及熔体状态对凝固的影响,利用直流四电极法测量SnSb15合金熔体在三轮连续升降温过程中的电阻率-温度曲线。分析SnSb15合金熔体的不可逆和可逆转变的物理内涵,进而讨论不可逆转变对凝固影响的作用机制。结果表明:SnSb15合金熔体发生了温度诱导的液-液结构转变,其首轮升温过程的转变呈不可逆性,而后续降温及升温过程的转变呈可逆特征;且首轮升温过程的不可逆液-液结构转变显著影响合金的凝固行为和组织,如初生相和包晶相的形核过冷度分别增大9.7和5℃,凝固时间分别缩短2.5和4 s,并且凝固组织明显细化。     

熔体过热处理对ZL205A合金凝固组织的影响

分别讨论了在砂型和金属型铸造条件下,熔体过热处理对ZL205A合金凝固组织的影响。结果表明,熔体过热处理细化了ZL205A合金铸态组织,改善了α(Al)和θ(Al2Cu)共晶相分布。对比砂型和金属型实验结果可知,熔体过热温度和冷却速率都是影响铸件凝固组织的重要因素,熔体过热处理对铸件凝固组织的影响与凝固过程的冷却速率相关。     

Bi2Te3合金熔体结构变化对凝固行为及凝固组织的影响

根据Bi2Te3合金熔体的电阻率随温度而发生的异常行为,从熔体结构变化的视角探索了材料凝固行为与熔体热历史的依存关系。实验证明,Bi2Te3合金熔体结构在686～707℃范围内发生了异常转变,这种结构变化导致其熔体凝固过冷度增大,释放凝固潜热更加剧烈,并且凝固组织细化。这一结果表明通过控制熔体热历史,可更为有效地获得理想的凝固组织。     

金属熔体结构及其控制技术的研究进展

综述了国内外在熔体结构研究方面的现状与进展,介绍了通过控制合金熔体的预结晶状态来改善合金组织和性能的相关技术及成果。可以得出：温度和压力可使金属熔体发生液／液结构转变,金属熔体结构随温度的变化存在滞后性,利用熔体结构随温度变化的滞后性可控制合金的凝固过程、明显细化合金的凝固组织、大大提高合金的力学性能。     

熔体过热处理对Al-4.7%Cu合金定向凝固力学性能及晶体取向的影响

在熔体过热温度Ts分别为750、850、950、1050℃时,研究熔体过热温度对Al-4.7%Cu合金定向凝固组织及力学性能的影响,利用综合热分析仪测定Al-4.7%Cu合金熔体结构特征及变化过程,用扫描电镜观察断口形貌。结果表明,定向凝固试样力学性能与非定向凝固的相比,强度提高60%,断后伸长率提高近1倍。断口形貌观察表明,富Cu相明显减少,韧窝数量显著增加。随熔体过热温度提高及过热时间延长,试样强度及塑性提高,随低温保持时间延长,试样强度及塑性变差。Al-4.7%Cu合金枝晶沿择优方向<100>生长,且随熔体过热温度提高,(100)晶面衍射强度减弱,表明晶面取向产生分支。Al-4.7%Cu合金过热处理会使熔体结构(即团簇结构)发生一定变化。     

熔体过热处理对SnAg3Te5合金凝固组织的影响

本文以直流四电极法、热分析法分别测量了SnAg3Te5合金熔体的电阻率-温度曲线及热分析曲线.结果表明:在连续两轮的升降温过程中,合金熔体的电阻率在远高于液相线几百度的温区内发生了不可逆转变,不同热历史下相同成分合金的热分析曲线也存在明显差异.同时,在不同冷却方式下转变前后的合金凝固组织都发生了显著变化,这些差别充分表明,SnAg3Te5合金熔体在升降温过程中的某个特定温度区间内,由于熔体内部化学短程序的打破或重组而发生了温度诱导的液态结构转变.     

不同熔体热处理工艺后Al-Cu-Ti合金的晶粒细化及力学性能改善

本文研究了添加细化剂和不同热处理工艺（过热处理和热速处理）对Al-Cu合金的改性。分析了Al-Cu-Ti合金的相组成、凝固微观组织和力学性能。此外,采用差示扫描量热法（DSC）研究了Al-Cu-Ti合金在不同熔体热处理工艺后的熔体结构转变行为。实验结果表明,热速处理极大地细化了Al-Cu-Ti合金晶粒,且力学性能得到有效改善。通过对热力学相变分析,发现Al-Cu-Ti合金经过热处理和热速处理后的熔化潜热随着界面能的增大而变小,从而在一定程度上细化了合金的微观组织。