金属型球铁磨球非平衡凝固特性与成分控制

通过分析不同成分球铁磨球零件性能和金相组织,对金属型磨球的非平衡凝固特性进行了较深入的研究.试验结果发现,过共晶球铁凝固时出现非平衡奥氏体;亚共晶球铁出现非平衡渗碳体相和晕圈铁素体;在柱状晶与等轴晶过渡区中存在着夹杂和偏聚物.为改善球铁磨球的显微组织及性能,球铁成分应控制在共晶或稍过共晶范围.     

金属型球铁磨球非平衡凝固特性的研究

探索了金属型球铁磨球非平衡结晶过程，并就磨球的非平衡凝固特性进行了较深入的分析研究。过共晶球铁凝固时出现非平衡奥氏体；亚共晶球铁出现晕圈铁素体和非平衡渗碳体相；在柱状晶与等轴晶过渡区中存在着偏聚物。为改善球铁磨球的显微组织及性能，球铁成分应控制在共晶或稍过共晶处。     

球铁金属型静凝固与振动凝固的结晶组织对比

对球铁金属型静凝固与振动凝固的结晶组织对比表明：后者柱状晶方向性生长较弱，等轴晶出现较早，且两者的晶粒均较细，全断面硬度较高且分布均匀；前者枝晶奥氏体内溶质偏析大，有畸变夹杂团块。     

磁场对Cu-Pb-La过偏晶合金液-液分离的作用

本实验在Cu-80%Pb过偏晶合金凝固过程中添加稀土元素La,研究不同冷却速度下稀土元素在过偏晶合金凝固制备中的作用,并研究施加磁场对Cu-Pb过偏晶合金液-液分离区凝固组织的影响,探讨了磁场下第二相的迁移和分布规律,为均质偏晶合金制备技术的改进提供参考。结果表明,添加La元素可显著降低Cu-80%Pb凝固组织中的宏观偏析,促进第二相颗粒的均匀分布和细化。较快的冷却速度下添加La元素的作用更加明显,偏析程度显著降低,在此冷速下进一步施加1 T水平方向磁场,Cu-Pb-La合金凝固过程中宏观偏析得到了抑制,富Cu相颗粒弥散,组织分布均匀。     

磷对Ni3Al凝固组织的影响

磷(P)在Ni3Al中的溶解度很低，凝固过程中向剩余液体中偏聚，最终在晶界上析出富P相，凝固后期。P在剩余液体中的偏聚程度升高，降低形核率，抑制试样心部等轴晶的形成，促使试样外缘晶粒向心部延伸生长，增加柱状晶长度。P降低合金终凝温度，增如糊状区长度，阻碍液相补缩，增加形成疏松的倾向。P产生上述作用的根本原因是其降低固、液两相体积自由能差和原子跃迁穿过液／固界面的激活能。     

Zr变质剂对Fe-Ni膨胀合金凝固组织的影响

研究了Zr变质剂对Fe-Ni膨胀合金凝固组织的影响,结果表明:经Zr变质处理后,Fe-Ni膨胀合金中形成了大量的高熔点化合物ZrO2,尺寸为1～3μm。根据错配度理论计算表明,ZrO2的某些低指数面与Fe-Ni膨胀合金的低指数面具有8.6%的较低错配度;因此,ZrO2作为非均匀形核核心,使合金凝固组织由完全的柱状晶变为等轴晶+柱状晶组织,断面等轴晶比例达到55%。此外,Zr在凝固组织的柱状晶及等轴晶的晶界上以ZrO2、ZrC和ZrN的复合夹杂物形式存在,具有钉扎晶界、细化晶粒的作用。     

过偏晶合金Ni-40%Pb深过冷凝固组织

采用熔融玻璃净化与循环过热相结合的方法研究过冷Ni-40%Pb(质量分数)过偏晶合金的组织演化规律. 结果发现 过偏晶合金在快速凝固阶段本质上是以枝晶方式生长; 当ΔT《50K时, 合金组织为粗大枝晶+枝晶间Pb相+团块状Pb相; 当100《ΔT《198K时, 合金组织宏观偏析严重; 当ΔT＝292K时, 合金组织呈粒状晶, 第二相均匀弥散分布. 分析表明凝固组织宏观偏析与快速凝固阶段固液相变速率和体系残余液相分数有关; 粒状晶粒化机制属于枝晶碎断再结晶机制.     

铸态GH742合金的凝固特点及枝晶偏析

高合金化GH742合金存在严重的枝晶偏析,Nb、Ti大量偏聚于枝晶间,导致MC碳化物、(γ+γ′)共晶、Laves相、δ相等析出;高Mo含量及其枝晶间偏析是析出σ相的重要原因;La、Ce在枝晶间的富集促使含氧硫稀土相和Ni5Ce相的析出。与一般合金凝固特点不同,高含量Al、Ti、Nb导致GH742合金凝固过程中先后发生(γ+γ′)和(γ+Laves)两种类型的共晶反应。结合差热分析技术和凝固组织特点确定了合金的凝固温度区间为1346-1190℃,凝固顺序为γ、MC、(γ+γ′)、Laves、Ni5Ce。     

铸造奥氏体不锈钢CK3MCuN凝固与析出热力学模拟

采用FactSage8.2热力学计算软件对铸造奥氏体不锈钢CK3MCuN的平衡凝固及冷却过程相变以及基于Scheil-Gulliver冷却模式下的非平衡凝固过程展开研究。结果表明,平衡凝固过程中Fe、Ni元素易于奥氏体枝晶干偏聚,Cr、Cu、Mo、C及N元素随着凝固过程的进行易于枝晶间富集,并且Cu偏析逐渐减弱,Fe、Cr及Ni的偏析逐渐增强;非平衡凝固过程中Fe、Ni元素为负偏析,Cr、Mo、Cu、N及C为正偏析,其中Cr、Mo元素在凝固末期的残余液相中偏析非常严重。平衡转变过程中析出主要的金属间相为σ与Laves相,其最大析出量分别为18.1%与12%(质量分数);非平衡凝固过程析出主要的金属间相为σ相,其最大析出量为0.7%。平衡转变过程：Mo促进σ与Laves相的形成,N促进Cr₂N析出、抑制σ与M₂₃C₆碳化物的形成,Cu有利于ε-Cu相的形成;非平衡凝固过程：Mo促进σ相与δ铁素体的形成,N促进Cr₂N析出、抑制δ铁素体形成,Cu能够抑制δ铁素体的形成,但是对Cr₂...     

稀土La对Al-Si合金复合材料凝固组织与溶质偏析的影响

利用挤压铸造法制备了Al2O3/Al-Si-La复合材料;研究了稀土La对复合材料凝固组织以及基体合金凝固时溶质偏析的影响。结果表明,稀土La可细化基体合金的凝固组织,La富集在界面附近,有利于改善铝合金液对氧化铝短纤维的润湿性,但是未发现任何富稀土相在界面上形成。稀土La对基体合金中镁的偏聚没有明显的影响,镁和稀土La均在界面处富集,且它们的分布位置大致近似。     

A phase-field model for non-equilibrium solidification of intermetallics

Intermetallics may exhibit unique solidification behaviour—including slow growth kinetics, anomalous partitioning and formation of unusual growth morphologies—because of departure from local equilibrium. A phase-field model is developed and used to illustrate these non-equilibrium effects in solidification of a prototype B2 intermetallic phase. The model takes sublattice compositions as primary field variables, from which chemical long-range order is derived. The diffusive reactions between the two sublattices, and those between each sublattice and the liquid phase are taken as ‘internal’ kinetic processes, which take place within control volumes of the system. The model can thus capture solute and disorder trapping effects, which are consistent—over a wide range of the solid/liquid interface thickness—with the predictions of the sharp-interface theory of solute and disorder trapping. The present model can also take account of solid-state ordering and thus illustrate the effects of chemical ordering on microstructure formation and crystal growth kinetics.     

金属型亚共晶球铁凝固特点的研究

对金属型浇注亚共晶球铁磨球的凝固特点进行了研究,在型壁激冷及高Si成分作用下,亚共晶球铁结晶时形成的晕圈铁素体较肥大,或成团块分布在球墨四周,或多个晕圈连成一片,造成基体碳量局部降低和波动。非平衡凝固时,亚共晶成分析出非平衡渗碳体,造成结晶组织异常分布;非平衡溶质稀土镧形成的碳化镧在晶界的编聚,引起晶内基体碳含量的降低,对球铁零件的结晶组织和力学性能产生不良影响。     

钢连铸过程中两相区溶质微观偏析模型研究

以溶质扩散和质量守恒为原则,考虑多组元合金元素影响相变的规律,建立非平衡凝固两相区溶质微观偏析模型。将实验研究数据与模型计算值进行比对,进一步验证模型的可靠性。结果显示,模型计算得到的两相区特征温度,凝固前沿残余液相中元素含量与实验值均能较好吻合。     

Application of the maximal entropy production principle to rapid solidification: A sharp interface model

A maximal entropy production principle (MEPP) for chemical reactions was proposed to develop a sharp interface model for rapid solidification. In the modeling, the transport theorem was applied to distinguish the Gibbs energy dissipated by the interface and by the bulk phases from the total Gibbs energy. The bulk and the interface kinetics were described simultaneously and the effect of diffusion in the growing phase on the interface kinetics was incorporated. To obtain a general model, both the interface and the bulk phases were allowed to be under local non-equilibrium conditions. It was found that the model with solute drag is consistent with MEPP, in contrast with the model without solute drag. The model was applied to describe steady-state planar solidification of Si-9at.% As alloy, and a relatively good agreement between the model predictions and the experimental results was obtained. To show the solute drag effect, a partial solute drag model was proposed. Since an unreasonably large interface diffusion velocity results from negligible solute drag effect, the solute drag effect should be significant in solidification.     

彩色金相在金属型磨球凝固分析中的应用

利用彩色金相对过共晶和亚共晶球铁磨球五组试样进行了试验对比。对金属型球铁磨球高温凝固的动态过程及其结晶组织的形态进行了深入分析，讨论了平衡结晶组织与非平衡结晶组织的差异，探讨了金属型球铁磨球非平衡凝固的特性。     

Modeling the overall solidification kinetics for undercooled single-phase solid-solution alloys. I. Model derivation

Departing from the volume-averaging method, the equiaxed solidification model was extended to describe the overall solidification kinetics of undercooled single-phase solid-solution alloys. In this model, a single grain, whose size is given assuming site saturation, is divided into three phases, i.e. the solid dendrite, the inter-dendritic liquid and the extra-dendritic liquid. The non-equilibrium solute diffusion in the inter-dendritic liquid and the extra-dendritic liquid, as well as the heat diffusion in the extra-dendritic liquid, is considered. The growth kinetics of the solid/liquid interface is given by the solute or heat balance, where a maximal growth velocity criterion is applied to determine the transition from thermal-controlled growth to solutal-controlled growth. A dendrite growth model, in which the nonlinear liquidus and solidus, the non-equilibrium interface kinetics, and the non-equilibrium solute diffusion in liquid are considered, is applied to describe the growth kinetics of the grain envelope. On this basis, the solidification path is described.     

二元合金激光快速熔凝过程的非Fourier模型

基于非Fourier定律，建立了脉冲激光加热条件下单相二元合金表面快速重熔和凝固过程的非平衡传热传质模型，并根据碰撞理论和Aziz的连续生长模型处理固／液界面，以解释快速熔凝过程界面动力学的非平衡效应，快速熔凝问题是涉及热质传输的移动界面问题，通过二阶精度的Von Neumann隐式差分格式和界面跟踪方法进行过程模型的数值求解。应用该模型，分析了Al-Cu二元合金的激光表面熔凝过程，结果表明，激光的高能量密度和非平衡界面动力学所引起的熔化过程和凝固过冷对于快速熔凝过程的影响很大，在快速熔凝过程中，界面速度的变化很大，且因基底材料和热流大小而不同，通过计算获得了界面温度，速度、溶质浓度及非平衡分配系数随界面位置的变化，结果显示，在凝固过程中界面速度和界面溶质浓度都存在着很大的波动。