PMO对定向凝固GCr15轴承钢枝晶臂间距的影响

为了解脉冲磁致振荡(pulse magneto-oscillation, PMO)技术对GCr15轴承钢定向凝固组织的作用，通过改变PMO参数和抽拉速率，研究了不同抽拉速率下PMO对定向凝固GCr15轴承钢枝晶臂间距的影响。结果表明：在相同抽拉速率下，PMO的峰值电流依次为150、250、350k_i A时，GCr15轴承钢的一次和二次枝晶臂间距先增大后减小。当峰值电流固定为350k_i A时，随着PMO频率从90、240、390k_f Hz依次增大，一次枝晶臂间距先减小后增大，二次枝晶臂间距逐渐变大。同时，随着抽拉速率的提高，枝晶臂间距减小幅度逐渐降低。通过测量温度梯度发现，在PMO作用下，固-液界面前沿液相中温度梯度的提高和溶质分布的变化，是枝晶臂间距减小的主要原因。     

工艺参数对电磁冷坩埚定向凝固Nb-Si基合金固液界面的影响

采用电磁冷坩埚定向凝固技术研究了加热功率、抽拉速率和保温时间对Nb-22Ti-16Si-3Cr-3Al-2Hf(原子分数,%)合金固液界面的影响.采用正交实验制备合金试样.结果表明,延长保温时间、减小抽拉速率和提高加热功率有利于保持固液界面的宏观形态为平界面.随着抽拉速率的增加,初生Nb固溶体(Nbss)一次枝晶臂间距和二次枝晶臂间距逐渐减小;随着加热功率的增加,初生Nbss一次枝晶臂间距和二次枝晶臂间距逐渐增加;随着保温时间的延长,初生Nbss一次枝晶臂间距和二次枝晶臂间距先增大后减小.增大抽拉速率、减小加热功率和缩短保温时间有利于一次枝晶臂间距和二次枝晶臂间距的细化.     

过冷度对Ni-Cu合金枝晶偏析影响的相场法模拟

采用耦合热扰动的相场模型,对Ni-Cu合金枝晶生长中的枝晶形貌和微观偏析进行计算和分析,并研究过冷度对其凝固过程中溶质分布的影响。结果表明:随着过冷度的增加,二次枝晶变的更发达,枝晶主干变细,一次枝晶干轴对称中心处的溶质浓度升高,一次枝晶干和二次枝晶臂间富集的溶质更多。过冷度越大,固液界面前沿溶质扩散层越薄,枝晶的微观偏析越严重,即溶质微观偏析程度随过冷度的增大而增大。     

生长速率对NiAl-7.8Mo亚共晶合金定向凝固组织及界面形态的影响

采用高温度梯度定向凝固装置制备了NiAl-7.8Mo亚共晶合金,系统研究了生长速率对合金凝固时界面形态、枝晶生长及初生相析出的影响.随生长速率的增大,固液界面依次呈现平、胞枝、枝的形貌转变,初生β相的一次枝晶间距λ1在胞晶生长阶段逐渐增大,而在枝晶生长阶段λ1又逐渐减小;二次枝晶间距λ2随生长速率的增加一直减小.初生β相的析出量随生长速率的增加而增加.分析结果表明:生长速率增加导致熔体过冷度增加,使得NiAl初生相形核率增加,最终导致初生β相的析出量随生长速率的增加而增加.     

生长速率对NiAl-7.8Mo亚共晶合金定向凝固组织及界面形态的影响

采用高温度梯度定向凝固装置制备了NiAl-7.8Mo亚共晶合金,系统研究了生长速率对合金凝固时界面形态、枝晶生长及初生相析出的影响。随生长速率的增大,固液界面依次呈现平、胞枝、枝的形貌转变,初生β相的一次枝晶间距λ1在胞晶生长阶段逐渐增大,而在枝晶生长阶段λ1又逐渐减小;二次枝晶间距λ2随生长速率的增加一直减小。初生β相的析出量随生长速率的增加而增加。分析结果表明:生长速率增加导致熔体过冷度增加,使得NiAl初生相形核率增加,最终导致初生β相的析出量随生长速率的增加而增加。     

Numerical simulaton of cellular/dendritic transition and its growth during unidirectional solidificationin of Ti–Al alloy

采用基于溶质扩散控制模型CA方法对Ti44Al合金定向凝固初始阶段变速冷却过程中胞/枝晶转变过程进行了数值模拟.模拟结果表明,在胞/枝转变过程中,存在胞-枝混合生长区,在一些胞晶相邻面无二次枝晶生长.在给定的冷却速率下,枝晶臂间距大于胞晶臂间距;而在过渡区,枝晶间距达到最大.另外,晶核数量对柱状晶间距产生影响,随着植入晶核数量的增加,柱状晶间距非均匀化程度明显减小.出现过渡区的原因与枝晶生长所引起固/液界面前沿成分波动有关.模拟与实验结果吻合较好.     

Ti-Al合金定向凝固过程中胞/枝晶间距选择的计算机模拟

利用溶质扩散控制模型对Ti-Al合金定向凝固初始阶段变速冷却过程中胞/枝晶转变过程进行了数值模拟。在给定的冷却速率下,枝晶臂间距大于胞晶臂间距,而在过渡区,枝晶间距达到最大。另外,模拟结果也显示,晶核数量对柱状晶间距产生影响,随着植入晶核数量的增加,柱状晶间距非均匀化程度明显减小。出现过渡区的原因与枝晶生长所引起固/液界面前沿成分波动有关。模拟与试验结果吻合较好。     

冷却速率对Ni-Nb合金非平衡凝固组织的影响

采用阶梯铜模喷铸方式开展了Ni-10%Nb(质量分数)合金非平衡凝固实验,并利用Procast软件对不同铜模内径所对应的冷却速率进行了计算。综合采用光学显微镜、扫描电镜及能谱分析仪对不同冷速条件下合金二次枝晶间距、溶质含量等组织参量进行表征。实验结果表明,随铜模内径减小,合金冷却速率增加,二次枝晶间距减小,枝晶主干中溶质含量得到明显提高。在此基础上,利用枝晶生长模型对不同过冷度条件下的枝晶生长速率进行了计算。分析结果表明,随冷却速率增加,凝固发生时过冷度增大,枝晶生长速度提高,溶质截留现象趋于严重,导致溶质过饱和现象发生。此外,冷却速率的提高还有利于减小液/固界面前沿溶质扩散区长度,导致二次枝晶间距减小。     

一种Ni-Fe-Cr基合金的凝固特征和偏析行为研究

采用定向凝固技术结合液淬法研究了一种Ni-Fe-Cr基合金平界面和枝晶生长条件下的凝固特征和溶质偏析行为。结果表明,合金的组成相为γ基体、MC型碳化物和γˊ沉淀强化相,凝固顺序为L→L+γ→L+γ+MC→γ+γˊ+MC。平界面生长条件下淬火界面两侧溶质含量测定结果表明, Ti、Nb和Mo元素富集于液相,溶质分配系数小于1。Fe元素富集于固相,溶质分配系数大于1。Al和Cr元素在液固两相中浓度差别较小,溶质分配系数接近1。此外,固/液界面前沿存在溶质边界层,边界层内溶质原子通过扩散传输,边界层外主要借助流动传输。枝晶与平界面生长的溶质偏析行为基本一致,然而,枝晶生长时糊状区残余液相中溶质浓度与平界面生长时固/液界面前沿溶质浓度存在显著差别。枝晶生长条件下糊状区溶质偏析程度显著高于稳态生长区,固相反扩散和MC型碳化物的析出显著降低枝晶偏析程度。     

Zn—2.75%Cu合金定向凝固组织及对流的影响

研究了Zn-2.75%Cu合金在传统Bridgeman法和ACRT－B法下定向凝固组织的差别。着重讨论了生长速度和液相强制对流对Zn-Cu包晶定向凝固组织的影响。实验发现,在Bridgeman法定向凝固过程中,生长速度的增加使得液相中的温度梯度减小,一次枝晶间距减小,一次枝晶间距与生长速度和温度梯度的关系式为：λ1=0.6064R^-0.25GL^-0.5。强制对流使得一次枝晶发生分叉和偏转。并且随着对流强度的加大,一次枝晶间距降低,二次枝晶的生长被抑制。包晶反应的存在,使得枝晶的尖端和二次枝晶熔解,造成了固相中枝晶和初生枝晶的差别。     

凝固速率跃迁对定向凝固Al-40%Cu过共晶合金初生Al_2Cu相的影响

采用高温度梯度定向凝固装置进行了Al-40%Cu(质量分数)过共晶合金的定向凝固实验,研究了凝固速率跃迁过程中的凝固组织演变.结果表明,当定向凝固速率从10μm/s跃迁减速到2μm/s时,由于固/液界面附近的液相成分向共晶点成分变化以及耦合共晶组织的界面生长温度高于初生Al_2Cu相的界面生长温度,合金凝固组织从初生Al_2Cu枝晶和Al/Al_2Cu共晶组织转变为全耦合层片共晶组织.组织转变过程中,板条状的初生Al_2Cu相先分解成小尺寸的初生相,然后小的初生相逐渐被共晶组织所取代,这种组织转变是凝固界面前沿液相中溶质扩散不足造成的,而不是由合金中存在的热及溶质对流引起的.在初生相生长形态中,由于凝固速率跃迁引起的界面前沿液相中Cu成分富集,造成凝固界面生长温度升高,Jackson因子α变小,Al_2Cu初生相由小平面相向非小平面相转变.     

纵向磁场对Co-8.8Al-9.8W-2Ta钴基高温合金定向凝固组织的影响

对Co-8.8Al-9.8W-2Ta钴基高温合金进行了外加纵向静磁场中定向凝固试验。考察了磁场强度对Co-8.8Al-9.8W-2Ta合金凝固组织一次枝晶间距的影响。结果显示,在合金熔体固-液界面前沿的温度梯度为50 K/cm时,在磁场中定向凝固的Co-8.8Al-9.8W-2Ta合金的一次枝晶间距先增大再减小。这种现象是由于在合金溶体固-液界面前沿由磁场诱发的热电磁对流(TEMC)所致。     

PMO作用对60Si2Mn弹簧钢凝固组织的影响

针对中天钢铁在60Si2Mn弹簧钢生产过程中出现的连铸坯凝固组织发达、中心缩孔等级偏高、铸坯初生相非对称性生长等问题开展技术攻关,选用上海大学先进凝固技术中心(CAST)研发的脉冲磁致振荡(简称PMO)凝固均质化技术,对该钢种的连续浇注过程进行干预。结果表明:施加PMO后,60Si2Mn弹簧钢连铸坯柱状枝晶呈对称生长且二次枝晶臂间距减小,内弧侧距离铸坯表面43 mm处发生柱状晶向等轴晶(CET)的转变,中心凝固组织明显细化并球化,中心缩孔基本消除,铸坯凝固组织结构明显优化。     

凝固速率对Cu-1.0wt%Cr合金界面形态及枝晶演变的影响

研究了定向凝固速率对Cu-1．0wt％Cr亚共晶合金凝固界面形态及枝晶生长的影响。结果表明：当温度梯度一定时，随着凝固速率的提高，初生α相形态经过平面晶-胞晶组织-粗树枝晶-细树枝晶一系列的演化；初生α相的一次枝晶间距λ1在胞晶生长阶段逐渐增大，而在枝晶生长阶段，λ1又逐渐减小；而二次枝晶间距λ2随凝固速率的增加一直减小。     

Fe-C合金等温凝固过程枝晶生长的相场法模拟

基于KKS模型,采用相场和溶质场耦合的方法,对Fe-0.5mol%C合金枝晶生长及溶质分布过程进行了数值模拟。结果表明,枝晶主轴比较发达,二次枝晶垂直于主轴生长;二次枝晶呈现相互平行生长的同时,也存在较为严重的相互竞争生长,且根部出现"颈缩"现象。随着二次枝晶的生长,甚至还出现了三次枝晶的生长。凝固过程中固相溶质浓度较低,而液相溶质浓度较高,固/液界面区域出现溶质富集现象,枝晶溶质浓度分布曲线的形貌与枝晶形貌互相对应。     

试样尺寸对定向凝固Al-4%Cu合金固/液界面特征的影响

采用定向凝固方法研究不同试样尺寸对Al-4%Cu合金凝固固/液界面特征的影响.结果表明:当凝固速率v=1 μm/s时,小尺寸试样的平界面更加平直;当v=5 μm/s时,随着试样尺寸的增大,界面形态分别为浅胞-深胞一初始枝晶,同时,试样边缘的组织比中心的组织更不稳定;在相同凝固速率下,小尺寸试样的温度梯度较大,促使界面稳定性提高;试样尺寸的增大引起径向温差增大,促进溶质流动,使试样边缘产生溶质富集,从而使平界面弯曲;由于试样中心排出的溶质大部分流向界面前沿糊状区的液相中,而枝晶糊状区的液相比胞晶的多,因而形成的枝晶界面弯曲程度比胞晶的小.     

镁合金半固态浆料制备中非枝晶生长的相场法研究

采用相场法对镁合金自孕育半固态浆料制备中非枝晶生长过程进行模拟,研究了空间步长对非枝晶生长行为的影响。结果表明:镁合金多晶粒共同竞争生长时,晶粒形貌由晶体结构特征和生长空间共同决定。晶粒在具有较大生长空间的优先生长方向上,固液界面前沿溶质富集程度低,保持生长优势,形成主枝;晶粒在具有较小生长空间的优先生长方向上,固液界面前沿溶质富集严重,尖端变秃,形成非枝晶形貌。随着空间步长的增加,晶粒合并生长趋势减弱,固液界面前沿溶质富集和溶质偏析程度降低。     

二元合金非等温凝固枝晶生长相场法模拟

基于KR模型,耦合温度场、溶质场与相场,对二元合金非等温凝固枝晶生长过程进行模拟,分析热质扩散比Lewis(刘易斯数)对枝晶生长、温度场及溶质场分布的影响。分析模拟结果表明;Lewis数低时,枝晶生长慢,热扩散比溶质浓度扩散慢,导致热量和溶质扩散层厚度变小,界面处温度梯度和溶质浓度梯度幅值减小;相反,Lewis数高时,枝晶生长快,热扩散比溶质浓度扩散快,导致热量和溶质扩散层厚度变大,界面处温度梯度和溶质浓度梯度幅值增大。     

Sr对AZ91D镁合金枝晶生长和相析出的影响

加入微量Sr(0.01%-0.1%,质量分数)可明显细化AZ91D镁合金晶粒,随Sr含量增加,初生相α-Mg尺寸逐渐减小,而二次枝晶间距变化不大,同时β-Mg17Al12析出相增多.Sr添加量为0.1%时,针状或块状Al4Sr相依附在枝晶间的β-Mg17Al12相上析出.Sr在AZ91D合金凝固固-液界面前沿富集,并且优先在曲率较大的枝晶端面富集,从而抑制晶粒长大,细化了合金中初生相α-Mg;同时,Sr在枝晶的尖端富集降低了初生相α-Mg的尖端生长优势,改变了初生相形貌.     

非等温凝固下Mg-Gd合金多枝晶生长的相场法模拟

建立耦合温度场的多晶相场模型,对非等温凝固下多枝晶的生长进行定量研究。发现热扩散系数越大,凝固潜热释放越快,枝晶生长速度越快,枝晶尺寸就越大;增大过冷度会导致凝固驱动力增强,凝固潜热释放速度和枝晶生长速度加快,枝晶转变的固相体积分数增大,大量溶质在液固界面处或枝晶间富集。