冷却过程对AZ61镁合金凝固组织的影响

将AZ61镁合金液态凝固过程分为高温熔体和凝固两个阶段,研究各阶段冷却速率对铸态组织的影响,不同冷速下铸态合金枝晶间距的变化及其对显微硬度的影响。结果表明:在高温熔体阶段随着冷却速率从0.65℃/s增加到15.9℃/s,枝晶组织不断细化且尺寸更均匀,一次枝晶间距从230μm逐渐减小到80μm,二次枝晶间距从12.8μm逐渐减小到9.2μm;凝固阶段在7.8℃/s至23.0℃/s不同冷却速率下,一次枝晶间距从105μm逐渐减小到73μm,二次枝晶间距从10.6μm逐渐减小到8.8μm。两个阶段显微硬度值随冷却速率增大都呈增高趋势。相对于凝固阶段,高温熔体阶段的冷却速率变化对铸态凝固组织的影响更显著。     

脉冲磁场对定向H13钢凝固组织的影响

研究了脉冲磁场对不同抽拉速率条件下H13钢定向凝固组织的影响。结果表明:施加脉冲电压为50-200 V的脉冲磁场,可使H13钢的一次和二次枝晶间距减小,且其减小的程度随着脉冲电压升高而增加;随着脉冲磁场频率的提高,一次和二次枝晶间距呈现先减小后增加的趋势;随着抽拉速率的提高,枝晶间距减小的幅度降低。在定向凝固过程中,施加脉冲磁场使加热区的高温熔体向凝固前沿流动,提高了凝固前沿附近液相温度,从而使凝固前沿温度梯度升高,导致枝晶间距减小。     

凝固速度对奥氏体不锈钢定向凝固组织及其固液界面稳定性的影响

本文研究了凝固速率对1Cr18Ni9Ti不锈钢定向凝固组织及其固液界面稳定性转变规律的影响.结果表明,在某特一定的温度梯度下,随着凝固速度的增加,定向凝固的固液界面由平面转变为胞状晶,再转变为树枝晶.研究发现,随着凝固速率的增大,定向凝固组织枝晶形貌逐渐细化,枝晶间距减小.     

亚共晶Ni-Si合金的凝固组织特征研究

采用布里奇曼定向凝固技术制备了NiNi3Si亚共晶复合材料,系统地研究了Ni-Ni3Si亚共晶的定向凝固组织特征。在较低的凝固速率R=3μm/s时亚共晶成分的合金为规则的层片共晶组织。随着凝固速率的增大,当R=8μm/s时,平界面失稳,在第二相的旁边出现浅胞状组织。当R=25μm/s时在析出相的旁边出现了突起的胞状组织。当R=40μm/s时由于固液界面前沿的成分过冷逐渐增大,凝固组织生长成为典型的树枝晶组织。并根据"成分过冷"判据,评估了固液界面前沿的"成分过冷"的大小,理论计算与实验结果基本吻合。此外,根据BH模型计算和比较了α-Ni相的界面生长温度和共晶界面生长温度,证明较高速定向凝固下不太可能制备出全耦合生长的共晶组织。随凝固速率的增大,一次枝晶间距减小,组织细化。     

镍基高温合金超细定向柱晶的凝固特性

本文采用超高梯度快速定向凝固装置研究了镍基铸造高温合金 K405超细定向柱晶的凝固特性。试验结果表明,当温度梯度为660K/cm 和凝固速率为760μm/s时,可获得超细柱晶体,其一次、二次枝晶间距λ_1和λ_2分别小于25μm 和10μm;Cr,Al,Ti,W,Co 等元素的偏析比均趋近于1;γ′相分布均匀,(γ+γ′)共晶基本消除,MC 碳化物呈点状和小条状沿一次枝晶轴方向均匀分布于枝晶间。     

温度梯度对Ti-45Al合金定向凝固组织演化影响的数值模拟

采用基于溶质扩散控制模型结合CA方法对Ti-45Al合金定向凝固过程中温度梯度对显微组织演化影响进行了数值模拟.模拟结果表明,随着温度梯度增加,凝固形态经历了树枝晶→胞/枝混合结构→粗胞晶→细胞晶→超细胞晶的转变,而一次胞/枝晶臂间距随着凝固组织变化不断减小.此外,温度梯度很高时,固液界面处溶质富集程度很小,界面处出现溶质截流.     

定向凝固TWIP钢的微观组织及力学行为

利用液态金属冷却定向凝固技术,获得了柱晶TWIP钢试样,并对比研究了传统等轴晶与柱晶TWIP组织特征、基本力学行为及应变率敏感性。结果表明,定向凝固TWIP试样随着抽拉速率的减小枝晶间距增加,晶粒形貌简化。与传统试样相比,定向凝固试样沿着柱状晶纵向的综合力学性能明显提高,其中抽拉速率为120μm/s试样断裂延伸率及强塑积分别提高了30%及22.8%,两者的延伸率及强塑积随着应变率的增加均有所降低,而后者对应变率变化敏感性更低,意味着材料在遭受高速碰撞或冲击时,定向凝固试样仍能保持较高的能量吸收特性。     

单晶高温合金激光表面快速凝固组织的研究

本文研究一种抗热腐蚀单晶镍基高温合金的激光表面快速凝固组织。结果表明:快速凝固组织为沿<001>方向择优生长、整齐排列的极细小的胞、枝晶组织;胞、枝晶间距随激光束移动速度的增加而显著减小;快速凝固完全消除了枝晶间γ/γ’共晶与显微疏松;在胞、枝晶间区域发现MC碳化物(TiC)呈各种形态极为特殊的花状。     

Al-4％Cu合金定向凝固枝晶／胞晶转变速率的研究

通过实验和理论对比研究Al-4%(质量分数)Cu合金定向凝固胞晶/枝晶转变过程,得到胞晶/枝晶转变发生在尖端半径变化的拐点处。采用KGT模型与非平衡效应研究与胞晶/枝晶转变过程相对应的高速枝晶/胞晶转变特征。结果表明:尖端半径和界面温度均随抽拉速率的增加而减小,到达临界值后又急速增大。枝晶/胞晶转变发生在尖端半径和界面温度的拐点处,即在尖端半径和界面温度最小时发生转变;溶质截留在枝晶/胞晶转变过程中作用明显,大大减小了微观偏析。     

Nd-Fe-B包晶合金定向凝固组织的研究

利用亚快速定向凝固设备制备Nd-Fe-B合金,并研究了其定向凝固组织.设计合金成分为:亚包晶成分(Nd10.8Fe83.8B5.4)、包晶成分(Nd11.76Fe82.36B5.88)和过包晶成分(Nd13.5Fe79.75B6.75).对抽拉速率在5～500μm/s范围内合金的定向凝固及微观组织的研究表明:三种成分Nd-Fe-B合金的最终凝固组织均由α-Fe枝晶相、包晶Nd2Fe14B相和富Nd相组成;随着抽拉速率的提高,α-Fe相的一次枝晶间距呈减小的趋势;三种成分凝固组织中的α-Fe相的体积分数随着抽拉速率的提高都表现出了先减后增的趋势,而Nd2Fe14B相的体积分数都表现出了先增后减的趋势.     

单相凝固亚结构的特征尺度与形态转变

从定向凝固界面形的非稳态分析出发，对单相凝固亚结构的几个特征尺度包括平界面失稳初始扰动波长、胞晶间距、枝晶一次间距、枝晶尖端半径及二次间距与两有态转变即胞枝转变和高梯度绝对稳定性进行了实验研究和理论分析。     

抽拉速度对Ti-48Al-8Nb合金定向凝固组织的影响

采用Bridgeman定向凝固设备成功制备了Ti-48Al-8Nb(原子分数,%)合金定向凝固试样,分析了不同抽拉速度对柱状晶形貌及过渡区、稳态区和淬火区凝固组织的影响。实验结果表明:在不同抽拉速度下,柱晶沿抽拉方向生长良好,柱状晶内部片层取向一致,与生长方向呈45°、90°夹角;当抽拉速度为8μm/s时,固液界面以胞状形貌向前推进,抽拉速度增大到15μm/s时固液界面开始向树枝状生长转化,随着抽拉速度进一步增大,二次枝晶间距逐渐变小,组织明显细化,片层间距显著减小;组织中与生长方向垂直的片层组织所占比例随抽拉速度增大而增加。     

凝固速率对DZ22合金力学性能和组织的影响EI

本文采用ＺＭＬＭＣ超高梯度定向凝固法（ＺＭＬＭＣ法），研究了两种凝固速率下ＤＺ２２合金的高温力学性能和组织。结果表明，较高凝固速率下大幅度地提高了合金的高温力学性能，９８０℃，２２０ＭＰａ条件下的高温持久寿命由７１ｈ５０ｍｉｎ提高到１６８ｈ５ｍｉｎ；一次、二次枝晶臂间距λ＿１和λ＿２分别由１０５μｍ和３２．７μｍ左右减小到６８μｍ和１６μｍ左右；元素的枝晶偏析得到抑制；合金显微组织的组成相γ＇、（γ－γ＇）共晶、ＭＣ型碳化物的形态、大小和分布均发生了明显的变化。     

不同定向凝固速率下Cu-2.5％Cr合金中带状组织的形成机理

利用OM、SEM和EDS研究了定向凝固速度对Cu-2. 5%Cr合金中带状组织形貌和成分偏析的影响,并对不同形态的带状组织的形成机制进行了分析。结果表明:在5～50μm/s的定向凝固速率下,Cu-2. 5%Cr合金会产生平界面与共晶、胞状组织与共晶、柱状树枝晶与共晶三种不同形态的带状组织。这是由于凝固速率达到了平/胞转换临界速率以及胞/枝转换临界速率。带状组织的形成伴随着大量的溶质扩散与偏析,随着定向凝固速率的增大,带状组织中成分偏析增大,且带状组织愈加清晰。     

溶质对流对SCN-5%ETH模拟合金垂直向上生长的影响

采用实时观测装置和定向凝固系统研究了SCN-5%ETH(succinonitrile-wt%ethanol,wt%表示质量分数)模拟合金的垂直向上生长过程。实验结果与水平定向生长的SCN-5%ETH模拟合金的胞晶组织,枝晶组织以及枝晶间距比较发现,胞晶垂直向上生长引起的溶质对流减小了胞晶的尖端半径,使胞晶组织呈现尖端尖细的形态;枝晶垂直向上生长时,二次枝晶臂生长速度减小,枝晶一次间距和二次臂长度也减小,并且减小幅度随着界面推移速度的增大而减小,枝晶二次间距和水平定向生长时相比有较小幅度的增大。     

深过冷Sb-Sn过包晶合金的快速凝固

采用落管无容器处理技术研究了Sb74.7Sn25.3二元过包晶合金的快速凝固,获得的合金粒子直径D介于70～1080μm之间。理论计算表明,随着粒子直径的减小,过冷度和冷却速率均呈指数关系增大,最大过冷度为298K(0.36TL)。研究发现,在自由落体条件下,快速凝固组织由初生Sb固溶体相和包晶SbSn金属间化合物相组成,Sb固溶体相以非小平面和小平面两种生长方式长大。当过冷度增大时,释放的熔化潜热增多,初生相逐渐细化,非小平面初生Sb相由"粗大枝晶"向"碎断枝晶"转变,当D<400μm时,一次枝晶臂显著变短,二次枝晶间距明显减小;同时发生溶质截留现象,初生Sb固溶体相中溶质Sn的固溶度发生了显著拓展,由ΔT=32K时的7.86%(原子分数,下同)线性增大至ΔT=298K时的10.47%。     

非稳态过程与凝固界面形态选择

以透明模型合金丁二腈－乙醇系为实验系统，直接观察其单相凝固过程中界面形态的非稳态演化过程，从三个方面：①平胞转变②胞枝转变③枝晶一次间距，系统地考察了凝固界面形态选择的时间相关性和历史相关性。结果表明：①导出了凝固初始过渡区溶质再分配的一个新公式；②提出了确定平界面稳定性临界条件的可测判据和实验方法；③从实验上和理论上解释了胞枝转变行为；④揭示了枝晶一次间距的历史相关性；⑤发现凝固形态选择的历史相     

Pr对Sn-Cd包晶合金定向凝固组织的影响

为了解Pr对Sn-Cd包晶合金凝固组织的作用,在不同抽拉速率下对Sn-Cd-Pr合金进行定向凝固实验.采用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析(EDS)研究了Pr对Sn-Cd包晶合金凝固组织的影响.研究发现:对于Sn-1.8%Cd过包晶合金,在2μm/s时0.5%的Pr增加了包晶相β的体积分数;在4μm/s时凝固组织明显细化.对于Sn-0.65%Cd亚包晶合金,在4μm/s时Pr的加入促进了平→胞界面的转变;在16μm/s时随着Pr含量的增大,凝固组织逐渐细化;在100μm/s时Pr含量的增大使凝固组织仅有微弱的细化.研究表明,Pr的加入可以改变组成相的体积分数、细化组织以及减小界面稳定性.     

单晶凝固组织的样品尺寸效应

通过对不同直径的单晶样品的凝固实验，研究了样品尺寸对单晶凝固组织的影响规律，研究发现，随样品尺寸减小，单晶凝固组织被细化，尤其一次枝晶间距λ1和枝晶间γ′相尺寸对样品尺寸的依赖性更为明显；样品尺寸影响的要质在于此表面积的变化，进而对凝固过程温度梯度产生影响，最终作用于凝固组织和力学性能，一次枝晶间距λ1和枝晶间γ′尺寸与样品的比表面积近拟呈线性关系，样品尺寸变化，明显改变了单晶生长过程的温度梯度和合金的高温持久寿命。     

Ni,Cr,Al-TaC自生复合材料的定向凝固组织特性

本文采用高梯度定向凝固装置制备Ni TaC共晶自生复合材料。系统地研究了凝固速率对凝固组织的影响。随凝固速率增大 ,固液界面依次呈现平一胞一枝的形貌。TaC纤维增强相的平均间距和截面积随凝固速率增大而减小 ,其体积分数可在一定范围内调节。与此同时 ,随凝固速率的增大 ,γ′相形貌趋于规整 ,尺寸减小。