深过冷定向凝固工艺过程的研究

利用过冷度的遗传性，提出了将合金熔体深过冷与传统定向凝固相结合的深过冷定向凝固技术，并在自制的实验装置上，对ＳＤＳ技术进行了探索性研究，实现了Ｃｕ与ｗ（Ｎｉ）为５．０％合金的深过冷和深过冷定向凝固。     

深过冷合金中的非平衡现象分析

深过冷技术是快速凝固技术中的一种，它能实现金属或合金在慢速冷却条件下发生快速凝固，这就为研究者研究合金快速凝固中的一些非平衡现象提供了一种新的途径，讨论了影响熔体过冷度的主要因素，介绍了获得熔体深过冷的几种主要方法，分析了深过冷熔体的非平衡现象产生的原因。     

热力学深过冷熔体凝固组织非平衡效应的研究进展

热力学深过冷熔体的凝固是远离平衡的快速凝固,其凝固机制和凝固组织表现出与传统凝固不同的特点。热力学深过冷熔体凝固的非平衡效应主要表现在晶粒尺寸细化、亚稳相析出、调幅(Spinodal)分解、形成块体非晶等几个方面。在这些方面进行的探索与研究对研发新型高性能材料具有重要的理论意义和实用价值。近年来相关的研究发展较快。对在晶粒细化机制、亚稳相析出机制、调幅分解现象以及大块非晶的形成等方面研究的新进展进行了综述和分析。     

快速凝固法制备大尺寸MgB2超导体

简单化合物MgB2超导性的发现引起了世界科学家对其组织结构、超导原理、制备方法及应用前景的广泛兴趣.针对MgB2单晶制备过程中存在镁的气化温度很低,MgB2在镁的沸点以下溶解度很小等不利因素,在国际上率先提出了从过冷熔体中的相选择与控制入手,采用深过冷快速定向凝固技术来制备高品质、大尺寸MgB2单晶的新思路.     

先进定向凝固技术

简要回顾了传统定向凝固技术及其存在的问题，概述了西北工业大学凝固技术国家重点实验室近年来在定向凝固技术领域所取得的重要成果，其中包括超高梯度定向凝固，电子束区熔定向凝固，深过冷定向凝固，电磁约束成形定向凝固，单晶连铸，经熔体热处理的定向凝固等先进定向凝固技术。提出了外场作用下定向凝固的新构想。     

连续冷却快速凝固过程中相组成的计算模型

基于平面流铸快速凝固过程的牛顿冷却方式假定和过冷熔体中的枝晶生长理论，提出了凝固相重量分数计算的物理模型和数学计算方法。该模型可对快速凝固过程中不同相的过冷度，晶体的生长速度以及最终的相组成进行半定量的计算和预测。Ni31.5Al68.5合金条带的快速凝固过程的计算结果和试验测定数据有较好的吻合。     

深过冷Cu—30Ni全金单向凝固组织的力学性能

研究了过冷０－２１０Ｋ的Ｃｕ－３０Ｎｉ合金的组织演化规律。在１０５－１５５Ｋ的过冷范围内实现了自由生长枝晶的单向凝固，获得了单向凝固的单昌组织，深过冷熔体的微观净化和单向快速凝固，有效地去除了合金名的微细夹杂物，减少了宏观偏析和枝晶偏析，显著改善了材料的均匀性，在拉应国作用下材料从沿晶断裂转变为穿晶断裂。     

连续冷却快速凝固过程中相组成的计算模型

基于平面流铸快速凝固过程的牛顿冷却方式假定和过冷熔体中的枝晶生长理论 ,提出了凝固相重量分数计算的物理模型和数学计算方法。该模型可对快速凝固过程不同相的过冷度、晶体的生长速度以及最终的相组成进行半定量的计算和预测。Ni3 1 5Al68 5合金条带的快速凝固过程的计算结果和试验测定数据有较好的吻合。     

采用无容器凝固技术研究过冷熔体热物理性质

深过冷是获得特殊性能亚稳材料的一种非常重要的手段,采用无容器凝固技术可以在较低的冷却速度下实现并保持较长时间熔体的深过冷,使过冷熔体热物理性质参数的测量成为可能.介绍了电磁悬浮、助熔剂处理等几种常用的无容器凝固技术,阐述了它们在测量过冷熔体比热容等热物理性质方面的应用,同时综述了过冷状态下熔体比热容等热物理性质的研究现状,并展望了今后的发展趋势.     

过冷Fe-Co合金的包晶凝固

采用熔融玻璃净化法使Fe-Co包晶合金实现了深过冷快速凝固。当熔体过冷度较小时,Fe-Co包晶合金的凝固组织为典型的包晶组织。借助电子探针分析和DTA差热分析,证实了非平衡条件下Fe-Co包晶合金凝固过程中发生了包晶反应和包晶转变。研究表明,深过冷Fe-Co包晶合金的非平衡凝固过程从理论上可以划分为4个阶段:初生δ相的形核与生长、包晶反应、包晶转变和γ相的外延生长。     

新型真空熔化定向凝固装置原理研究

对真空感应熔炼与双区加热结合在一起的定向凝固装置进行了可行性研究，并研制出了一套新型真空熔化定向凝固装置，该装置兼有熔炼和定向凝固的功能，熔炼好的合金液能自动底注到定向炉内的型壳中，定向凝固部分采用了先进了双区加热技术，定向凝固结晶生长速率能在很大范围内调节。     

高温合金定向凝固技术研究进展

首先回顾了定向凝固的发展历史,重点分析了液态金属冷却定向凝固的技术特点。总结了高温度梯度下制备的定向凝固法单晶高温合金在组织和性能方面的研究现状,结合作者在本领域的研究,着重分析了定向凝固温度梯度、凝固速率、晶体取向、熔体超温处理、熔体对流控制对组织和性能的作用规律和机制,认为高温度梯度定向凝固是细化组织、减少缺陷、提高合金性能的重要途径。最后展望了高温合金定向凝固的发展趋势。     

凝固科学技术与材料

从凝固科学与实践发展的角度介绍了当前凝固材料体系的基本框架和凝固科学主要发展阶段的基本理论。作为材料科学与工程的基本组成，凝固科学技术正在现代科学理论的基础上针对传统材料的改性提高和新材料的发展需求，以控形、控构、控性为目标开展优质铸件的定向、晶体生长、快凝、深过冷及各种新型和超常领域凝固过程的研究，并介绍了其中某些方面和展望了可能的发展趋势。     

The solidification characteristics of near rapid and supercooling directional solidification

In the comparison of the solidification characteristics of supercooling directional solidification (SDS) with constrained directional solidification (DS) and with the consideration of the inheritance of supercooled melt, the SDS technique established with the combination of melt supercooling and traditional DS was proposed. An exploring study on SDS techniques was also conducted using appropriate facilities, designed and manufactured by the authors’ laboratory and the deep supercooling of Cu–5.0%Ni alloy, and its DSs were implemented.     

定向凝固钛铝合金熔体与铸型界面反应研究展望

钛铝合金是性能优异的高温合金,在航空航天领域有广泛的应用前景,但由于其熔体具有较高的活性,制备时熔体与所有已知的铸型材料会发生不同程度的反应,限制了钛铝合金铸件的发展.定向凝固技术作为制备高精度钛铝合金的新工艺,使铸件组织定向排列,可以进一步提高钛铝合金的使用性能,因此如何调控凝固过程中钛铝合金熔体与铸型材料间的界面反应成为目前有关定向凝固钛铝合金研究的一个热点.从目前国内外关于钛铝合金熔体与铸型材料间界面反应的研究出发,综述了定向凝固过程中铸型材料、涂层成分、工艺参数及合金元素等对界面反应的影响,介绍了界面反应的理论水平,系统收集了界面反应的各项研究结果.     

Effect of boron and zirconium on directional solidification behaviour and segregation of DS IN738 superalloy

The effect of boron and zirconium on the directional solidification behaviour and segregation of IN738 superalloy has been studied. It was found that additions of boron and zirconium enlarge the solidus-liquidus temperature interval and increase the amount of residual melt during solidification. Boron gives the alloy a tendency to form developed dendrites, while zirconium enhances a cellular solidified structure. Both boron and zirconium are shown to be rejected to the residual melt during solidification, and shown to change the segregation of alloying elements by interaction.     

Microstructure Formation in Al-Bi-Co Immiscible Alloys Directionally Solidified with Different Melt Superheat Temperatures

The directional solidification has been carried out for the Al-4Bi-2.5Co (wt pct) alloys with different melt superheat temperatures. The microstructure characterization and the quantitative metallographic analysis have been performed. The results indicated that the Bi-rich sphere size and cellular spacing decrease with increasing melt superheat temperature. The interaction between the advancing solidification interface and the Bi-rich spheres with different sizes was analyzed. The effect of the melt superheat treatment on microstructure evolution was discussed for the immiscible alloys. The microstructure development in ternary Al-Bi-Co alloys directionally solidified with different melt superheat temperatures was clarified.     

Analysis on fluid permeability of dendritic mushy zone during peritectic solidification in a temperature gradient

Compared with the growing applications of peritectic alloys,none research on the fluid permeability K of dendritic network during peritectic solidification has been reported before.The fluid permeability K of dendritic network in the mushy zone during directional solidification of Sn-Ni peritectic alloy was investigated in this study.Examination on the experimental results demonstrates that both the temperature gradient zone melting (TGZM) and Gibbs-Thomson (G-T) effects have obvious influences on the morphology of dendritic network during directional solidification.This is realized through different stages of liquid diffusion within dendritic mushy zone by these effects during directional solidification.The TGZM effect is demonstrated to play a more important role as compared with the G-T effect during directional solidification.Besides,it is shown that the evolution of dendrite network is more complex during peritectic solidification due to the involvement of the peritectic phase.Through the specific surface Sv,analytical expression based on the Carman-Kozeny model was proposed to analyze the fluid permeability of dendritic mushy zone in directionally solidified peritectic alloys.In addition,it is interesting to find a rise in permeability K after peritectic reaction in both theoretical predication and experimental results,which is different from that in other alloys.The theoretical predictions show that this rise in fluid permeability K after pedtectic reaction is caused by the remelting/resolidification process on dendritic structure by the TGZM and G-T effects during peritectic solidification.     

温度梯度对定向凝固Al-4.5%Cu合金一次枝晶间距的影响

使用5kg坩埚下拉式定向凝固设备,对Al-4.5%Cu合金进行定向凝固试验,研究Al-4.5%Cu合金在不同温度梯度下一次枝晶间距的变化规律。结果表明:在其他凝固参数不变时,随着温度梯度的增大,一次枝晶逐渐变小,细密,挺直,基本呈平行状分布,同时计算的一次枝晶间距值与Hunt模型计算值接近,实验测得的一次枝晶间距的回归曲线为:y=2843478.3x2-70217.4x+543.8。用温度梯度较高的实验值来模拟时,可得到1λ=26.7G-0.5-135.9,一次枝晶间距λ1与G-0.5基本呈线性关系,这和Hunt模型分析结果一致。