波浪型倾斜板振动对Al-6Si-2Mg合金凝固组织的影响

研究了波浪型倾斜板振动参数对Al-6Si-2Mg合金凝固组织的影响,结果表明:倾斜板的倾角和长度影响合金在斜板表面的流动剪切强度和剪切时间,从而影响合金的组织.当浇注温度为660-690℃时,随着浇注温度的降低,合金晶粒细化和球化,平均晶粒直径为40μm,晶粒平均圆度值为2.5;浇注温度低于660℃时,晶粒有粗化和枝晶化的趋势.倾斜板的振动作用使表面形成的晶核离开表面进入熔体中,有效地减少了晶粒之间的粘连,解决了结壳问题,提高了形核率,细化了组织;随着倾斜板振动频率的提高,晶粒的平均圆度先降低后提高,振动频率为50-60 Hz出现最小值.倾斜板的波浪形表面对流动的金属具有搅拌作用,增大了熔体内部的剪切作用,使晶粒更加细小圆整.     

快速凝固条件下Ni–Pb偏晶合金的组织演变机理研究

目的 研究过冷Ni–0.5%Pb(原子数分数)合金过冷组织的演化行为,阐明其组织演化和晶粒细化的基本机制。方法 采用熔融玻璃净化和循环过热方法制备出过冷度为0~255 K的试样,并结合枝晶生长的动力学–热力学模型,研究其深过冷快速凝固行为机制。结果 在0~255 K过冷度范围内,随着过冷度的增大,Ni–Pb偏晶合金的微观组织发生了2类晶粒细化现象,组织形态由粗大树枝晶向粒状等轴晶转变。结论 第1类粒状晶的形成是由于枝晶熟化和再辉重熔导致发达枝晶破碎,第2类粒状晶的形成是由于在应力和应变能的作用下,枝晶碎变和再结晶引起了晶粒细化。     

K4169高温合金化学法晶粒细化工艺及机理的研究

(1)本研究工作针对K4169高温合金的结构和物性特点,筛选并制备了适合K4169高温合金的二元和三元金属间化合物型细化剂。微量细化剂的加入不形成夹杂,不改变合金的相组成。(2)在通常的浇注温度1400℃下,对合金熔体进行和不进行均匀化处理的前提下,加入复合细化剂可使圆柱锭的晶粒分别细化至ASTM 1.7级和ASTM 3.2级;断面等轴晶的比例分别达96％和99％以上。当浇注温度为1420℃并对合金熔体进行了均匀化处理时,加入复合细化剂可使晶粒细化至ASTM M10.5级,断面等轴晶的比例达9％以上。成功利用化学法浇注获得细晶叶片样件,该叶片组织比较均匀、成型性好且无铸造缺陷。发现晶粒细化后,细晶试样中的元素枝晶偏析得以减轻,这有利于提高铸件的机械性能;另外,晶粒的形态也改变了,由普通铸造组织中的几乎全部是树枝晶向细晶组织中的粒状晶转变。(3)提出了细晶枝晶粒状化是由球形界面失稳与否、失稳的程度以及晶粒生长的外部环境决定的。建立了失稳判据,指出现有球形界面失稳理论还应考虑元素枝晶偏析、粗化作用以及对流等的影响,比较合理地解释了晶粒细化后变为球状的原因。     

强磁场对Al-7%Si合金凝固过程中初生α-Al枝晶分布的影响

采用超导强磁场装置研究了磁场强度对有、无细化剂颗粒Al-7%Si(质量分数)合金凝固组织的作用效果。研究发现,施加强磁场使无细化剂颗粒合金中的初生α-Al枝晶转变为发达枝晶形貌,二次枝晶生长充分,三次枝晶分支明显,枝晶尖端清晰可见;晶粒细化,且枝晶主轴与磁场方向呈30°规则排列。施加强磁场后初生α-Al枝晶数量和Si在α-Al中的溶解度都有少量增加。强磁场抑制添加细化剂合金熔体中的对流,加剧了Ti的重力偏析,使初生α-Al相出现明显枝晶化趋势,方向性增强,枝晶臂粗化明显。     

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。     

旋转磁场作用下Pb-Sn合金的凝固行为

采用永磁体旋转装置实现了Pb-50wt%Sn亚共晶、Pb-61.9wt%Sn共晶合金旋转磁场条件下的凝固,并对其凝固规律进行了研究.发现与常规条件下相比,旋转磁场导致的合金熔体内部强迫对流加快了合金熔体的冷却速率,提高熔体初始形核温度,促发熔体提前形核并能使凝固时间缩短.Pb-61.9wt%Sn共晶合金的宏观偏析被有效抑制,在整个样品中得到了二元共晶组织,共晶层片粗化,局域地区出现了不规则共晶组织.对于Pb-50wt%Sn亚共晶,初生相(Pb)的生长方式由粗大枝晶转变为细小的球状颗粒,且晶粒显著细化.     

强制对流作用下多晶粒生长的相场模拟

采用Tong和Beckermann等提出的耦合流场相场模型对纯镍凝固中多晶粒枝晶的生长过程进行模拟,研究了多晶粒枝晶的生长形貌和温度分布.结果表明,熔体流动显著改变凝固前沿的传热,从而影响枝晶生长.受熔体流动和多晶粒之间相互影响的共同作用,枝晶在4个最优生长方向上的形貌呈现不对称;熔体流动还改变了枝晶的水平最优生长方向,使得水平主枝向上游倾斜;此外,二次枝晶出现径向熔化和轴向熔化等粗化方式.     

表面脉冲电磁场处理下7A04铝合金凝固组织演变

采用一种新型熔体表面脉冲电磁技术对7A04超硬铝合金凝固组织进行细化处理。通过分析脉冲电磁场对组织形貌、晶体择优取向及凝固温度过程的影响,探讨脉冲电磁场下凝固组织演变机理。结果表明,随着脉冲电磁场强度增加,凝固组织发生球化细化→枝晶化再粗化的转变;在磁场强度为241mT时,晶粒尺寸可降低40%左右。由于晶体磁各向异性产生的磁能差导致凝固初期尺寸为225nm~100μm的晶粒发生转动,晶粒择优生长;此外,在脉冲电磁场孕育处理条件下,熔体凝固初期温度升高导致固相分数降低,有利于晶核运动,也可获得良好的组织细化效果。     

Zr元素及冷却速度对Mg-12Sm合金凝固组织的影响

研究了Mg-12Sm合金在不同冷却条件和添加Zr元素前后凝固组织的变化规律,实验发现水冷模具浇注下冷却速度提高,晶粒细化,二次枝晶臂间距减小,晶间共晶组织体积变小,但总体积分数和分布并没有明显改变;添加0.1%(质量分数)Zr后,晶粒明显细化,树枝晶转化为等轴晶,二次枝晶臂间距减小,晶间共晶组织体积分数增大,共晶组织形貌和分布没有明显变化;Mg-12Sm和Mg-12SmZr合金水冷后Mg基体中Sm含量降低。     

超声波对铝合金熔体的有效细化区域

为了探讨凝固组织的超声细化区域范围,在液相线温度至575℃区间内对铝合金熔体施加超声振动,待铸锭冷却至室温,经腐蚀处理后观察其宏观和微观组织.试验结果表明,在工具杆端面位置处靠近铸锭边缘有一明显的作用区域分界线,分界线两端组织呈现截然不同的特征,端面以下组织均得到了有效的细化,而端面以上组织晶粒粗大,呈枝晶状分布.超声在熔体中产生空化和声流效应,理论计算表明,熔体中的有效空化范围为端面下30mm区域内,超声在熔体中产生的声流效应遍及整个熔体可流动区域,通过声流和空化的双重作用,工具杆端面以下的组织均受到超声的作用,并得到细化.     

Microstructural refinement of a superalloy by progressive induction melting

The microstructure of a nickel-based superalloy has been refined by a progressive induction melting technique. The control on heating rate was achieved by manipulating the melt stock position with respect to the induction furnace coils and by regulating the power supply to the furnace. The melt stock was suspended to obtain molten metal droplets with minimum superheat. These droplets were collected in a rotating watercooled copper mould to obtain an ingot with fine microstructure. Measurements of secondary dendrite arm spacing show reduction of one order of magnitude in the refined ingot. Increase in hardness was also registered and is considered to be a result of grain refinement.     

Effect of periodic melt shearing process and cooling rate on structure and hardness of Al–0.7Fe aluminum alloy

In this investigation, the effect of periodic melt shearing process and cooling rate on an Al–Fe alloy was studied. Microstructural examinations were conducted by X-ray diffraction, optical and scanning electron microscopy coupled with energy dispersive spectrometry (EDS). Experimental results suggest that shearing above melting point can refine the alloy structure and improve the morphology of intermetallic phases and; the level of refinement is increased by increase of shearing time. Also, increasing cooling rate through reduced sections, decreases grain size and secondary dendrite arm spacing (SDAS) and improves the microstructure of Al–Fe alloy. The results of hardness test showed that increasing cooling rate and time of melt shearing reduce the hardness of Al–Fe alloy.     

冷却速率对Mg68Zn28Y4自生复合材料I相形成的影响

采用两种不同冷却方式的普通铸造技术在Mg68Zn28Y4合金中制备了镁合金稳定态二十面体准晶相,分析了冷却速率对准晶相形成、分布、数量和晶粒尺寸的影响.通过扫描电镜、能谱分析仪和透射电子显微分析技术,确定了合金的组织、相成分及准晶相结构.结果表明:Mg68Zn28Y4三元合金在室温冷却过程中,准晶相直接从液相形核、长大;在铸铁模型腔内冷却时,铸件断面的温度梯度小,温度场较为平坦,沿铸型纵横截面准晶相分布均匀、晶粒尺寸约为10～15μm;在铸铁板表面冷却时,铸件断面的温度梯度较大,导致冷却速率显著影响准晶相的分布、数量及形貌.准晶相的晶粒尺寸为10～60μm不等,分布由均匀弥散到不均匀散布再到均匀.     

高温合金定向凝固过程中枝晶生长与溶质对流数值模拟

目的 针对高温合金叶片在定向凝固过程中容易出现雀斑缺陷,从而导致叶片报废的问题,对定向凝固枝晶生长与溶质对流进行模拟研究,以揭示雀斑缺陷的形成规律。方法 针对CM247LC合金定向凝固过程,采用相场模型模拟凝固过程枝晶生长,采用格子Boltzmann模型模拟溶质浓度差引起的自然对流。采用基于双重网格的GPU并行算法对相场-格子Boltzmann模型进行数值求解。研究在不同晶体取向角度与取向差条件下的枝晶形貌、对流速度及溶质羽流的演变规律。结果 当晶体取向角度不同时,在枝晶生长过程中,液相区域的平均对流速度均表现为周期性变化。当晶体取向角度较大时,随着晶体取向角度的变大,一次枝晶臂间距变大。当枝晶间存在晶体取向差时,溶质羽流倾向于在发散型晶界附近发起;随着晶体取向差的增大,溶质羽流发起时间提前。溶质羽流的形成阻碍了枝晶尖端及附近枝晶侧臂的生长。结论 晶体取向角度对溶质羽流形成的影响较小,较大的晶体取向差对溶质羽流的形成有促进作用。     

超细晶6061铝合金的搅拌摩擦制备和性能

对6061铝合金进行常规空冷和强制水冷的搅拌摩擦加工(FSP)并研究其微观组织和力学性能,结果表明：FSP 6061铝合金的加工区均为细小等轴的超细晶组织,晶内位错密度较低、高角晶界的比例均高于70%;采用强制水冷,可将FSP 6061铝合金的平均晶粒尺寸细化到200 nm。FSP 6061铝合金中的析出相主要为球状或短棒状,采用强制水冷使析出相的长大受到明显抑制并使部分固溶元素不能及时析出,使析出相的尺寸与间距明显减小。与常规空冷相比,在强制水冷条件下FSP制备的6061铝合金具有更高的细晶强化和沉淀强化效果,其抗拉强度高达505 MPa,比峰时效态6061铝合金母材提高了55%。     

电磁搅拌对过共晶Al-Si合金初生Si长大过程和形貌的影响

研究了电磁搅拌对过共晶Al-Si合金中初生Si长大和形貌的影响。结果表明,当合金含Si量低于30％时,电磁搅拌引起过共晶Al-Si合金中初生Si显著细化和球团化,但当合金含Si量超过30％时,电磁搅拌对初生Si细化的作用有限,组织中仍然存在较粗大的板片状初生Si;提高电磁搅拌时合金熔体冷却速度可减小初生Si的尺寸;进行正、反转电磁搅拌,初生Si的尺寸将进一步减小,在电磁搅拌条件下,初生Si发生细化和球团化的主要原因是：搅拌引起合金熔体温度场、溶质场的均匀化,引起初生Si的机械破碎,相互摩擦和抑制初生Si各向异性生长。     

B添加对TiC/Ti6Al4V复合材料组织和耐磨性能的影响

用熔铸法制备原位自生钛合金基复合材料,研究B元素的添加对TiC/Ti6Al4V复合材料显微组织和耐磨性能的影响.结果表明:当B的加入量小于0.06%(质量分数,下同)时,随B加入量的增加,复合材料中的枝晶状增强相TiC的尺寸显著减小,由粗大的树枝状逐渐减小为细小的树枝状,甚至链条状和颗粒状,但是复合材料的耐磨性下降;当B添加量从0.1%增加到0.6%时,枝晶状TiC细化不明显,TiC周围伴有纤维状的TiB出现,复合材料的耐磨性能得到明显提高.B对TiC枝晶的细化是凝固前沿成分过冷区形核率的提高和TiC生长率降低的综合作用结果.耐磨性能的改善主要是生成的大量纤维状TiB共同参与了磨损所致.     

铸态AZ81镁合金ECAP态组织与性能研究

采用自制的90°模具,经Bc路径在温度为300℃下研究对比了铸态及不同道次的等通道挤压(ECAP)态AZ81镁合金微观组织和力学性能.结果表明ECAP随着挤压道次的增加,AZ81镁合金显微组织和力学性能发生显著变化.当挤压到4道次,平均晶粒尺寸由原来铸态的145um细化为9.6um,拉伸断口韧窝明显增多;抗拉强度从180 MPa提高到306 MPa,延伸率和硬度分别达到15.8%和142HL.分析表明,AZ81镁合金在高温挤压过程中Mg17Al12相粒子被破碎,并部分溶入基体,$-Mg基体与%-Mg17Al12相互相阻碍其晶粒长大,获得细小晶粒组织.     

Effects of solidification structure on tear resistance of Al–7% Si–0.4% Mg cast alloys

The tear resistance behaviour of Al–7% Si–0.4% Mg cast alloys was examined using Kahn‐type tear test specimens. Tests were performed for two permanent mould casts with an ordinary dendrite structure and a semi‐liquid die cast with a globular cell and fine grain structure. The microstructure of the two permanent mould casts was controlled by the cooling rates and the addition of Ti elements. Tear resistance was evaluated by the ‘pop‐in’ stress, the energies required for crack initiation, UE_i and the crack propagation, UE_p. Special attention was paid to an effective microstructural parameter for tear resistance improvement. Pop‐in, indicating sudden crack extension and arrest, was observed in all specimens. Homogeneous deformation occurs near the notch tip of the semi‐liquid die cast, characterized by a refined grain structure. Refinement of the grain size is more effective than that of the dendrite cell size or eutectic Si particle size to increase the energy for crack initiation. Unit propagation energy, UE_p, can be converted into a critical stress intensity factor, K_c, which in the semi‐liquid die cast was improved due to an increased amount of slant or shear fracture surface.