弥散相含量对Al-Pb偏晶合金凝固过程影响的数值分析

采用欧拉-欧拉法建立了Al-Pb偏晶合金难混溶区凝固过程弥散相形核、扩散长大、Ostwald熟化、Marangoni迁移等复杂物理过程的数学模型,并以守恒方程为基础建立了弥散相液滴的密度守恒方程以及两相溶质传输方程。结果表明,Al-5Pb偏晶合金相较于Al-10Pb偏晶合金,其组织内部温度场分布均匀、弥散相平均直径较小。分析认为,弥散相含量的降低促使难混溶区液-液相分离和分解速度降低,较易获得弥散相均匀分布的凝固组织。     

Sn对Al-Pb偏晶合金凝固过程及组织的影响

研究了添加第三组元Sn对定向凝固Al-Pb合金组织的影响.结果表明,添加微量Sn能降低Al-Pb合金液-液相变时两液相间的界面能,促进富Pb相液滴形核和弥散型Al-Pb合金凝固组织的获得;随着Sn添加量的增加,弥散相体积分数增大,液-液相变温度区间和液-液-固三相温度区间之和增大,初生弥散相粒子和偏晶反应弥散相粒子的尺寸均增大;添加Sn促进Al-Pb合金中凝固界面枝晶化,这一方面促进弥散相液滴/粒子沿凝固方向均匀分布,另一方面,促进弥散相液滴/粒子沿定向凝固合金晶界分布.     

An Experimental Study of the Rapid Continuous Solidification of Al—Bi Immiscible Alloy

采用Al-（3．4—15）％Bi（质量分数）难混溶合金进行了快速连续凝固实验，研究了Bi含量和凝固速率对快速连续凝固组织的影响．结果表明，少量富Bi相粒子尺寸随着Bi含量的增加而增大，提高凝固速率有助于制备少量富Bi相粒子均匀分布的难混溶合金．通过分析富Bi粒子尺寸分布，发现沿试样轴向和径向方向粒子平均直径变化不大，试样表层处粒子尺寸较小．研究表明，快速连续凝固是制备均质难混溶合金的有效途径．     

INVESTIGATION OF RAPID DIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF AL-BASED IMMISCIBLE ALLOYSⅠ. EFFECT OF APPLIED MAGNETIC FIELD

在自制的具有磁场作用的快速定向凝固装置上,考察了磁场对Al-Bi难混溶合金凝固组织的影响,并从理论上分析了磁场对难混溶合金液-液相变过程中液滴形核、空间运动和碰撞凝并的影响.结果表明,在磁场作用下液滴的运动速度以及由运动导致液滴间碰撞凝并的概率得到有效降低;随着磁场强度的增加,合金组织中富Bi粒子平均尺寸减小,分布更弥散.     

INVESTIGATION OF RAPID DIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF AL-BASED IMMISCIBLE ALLOYS Ⅱ. EFFECT OF THE THIRD ELEMENT

对Al-Bi基难混溶合金添加第三组元Si和Cu,揭示了Si和Cu含量对Al-Bi合金快速定向凝固组织的影响.结果表明,添加Si或Cu均使凝固组织中的富Bi粒子尺寸增大;在相同的实验条件下,元素Si比Cu更易使富Bi相粗化.分析了第三组元对二元合金体系的自由能、两液相间界面能和液相粘度的改变及其对合金凝固过程的影响,加深了对三元难混溶合金凝固特征的认识.     

微重力电磁模拟过偏晶Cu-Pb合金的凝固

利用微重力电磁模拟的方法，对过偏晶Cu-40Pb合金熔体的凝固进行了试验研究。研究表明：在模拟微重力的环境下，施加的电磁力可使合金熔体在不混溶区内获得准失重状态，抑制了合金熔体中L2(Pb)相产生的Stockes沉积效应，在凝固组织中得到熟化后粗大的α(Cu)枝晶，S(Pb)相分布在α(Cu)枝晶间，从而消除了该合金在凝固过程中出现的重力偏析现象。     

高温度梯度下Al-In偏晶合金定向凝固组织的演化规律

应用高温度梯度的方法，研究了在定向凝固条件下温度梯度与凝固速率的比值G／R对Al-17．5％In(质量分数)合金凝固组织的影响．结果表明，偏晶合金的定向凝固与共晶合金定向凝固的生长规律类似．在高温度梯度下，仅在很低的生长速度时才能形成二相有序排列的共生．在偏晶合金定向凝固进入稳态生长以后，在各自的相凝固前沿富集了另一相的溶质，由于两相的层间距不大，长大过程中的横向扩散占主导地位．随着生长速度的增大或温度梯度的降低，Al-17．5％In合金定向凝固组织从纤维结构到周期性或规则排列的串状结构再到弥散分布结构转变．这种转变与固一’液界面形状的转变有密切关系．     

定向凝固微观组织的相场法模拟研究进展

定向凝固过程中的界面形态对凝固组织有着决定性作用，相场法可以很好地展示凝固过程界面形态的演化。阐述了二元合金定向凝固相场方法数值模拟的基本原理及国内外研究现状，以Ni-Cu二元合金为例，采用相场法模拟了定向凝固过程中界面形态的演化，并指出该领域目前所面临的问题及进一步的研究方向。     

原位富Pb粒子/铝基金属玻璃基体复合材料的设计与制备

在Al-Pb二元难混溶合金的基础上添加其它的合金元素Ni,Y和Co,优化设计了新的Al_(82.87)Pb_(2.5)Ni_(4.88)Y_(7.8)Co_(1.95)多元难混溶合金。开展了该多元难混溶合金的快速凝固实验,对制备的薄带样品进行了结构表征、热稳定性分析以及显微组织形成的研究。结果表明,合金熔体在快速冷却过程中发生了液-液相分离,生成富Al和富Pb两液相;随后,富Al基体液相发生玻璃转变,形成铝基非晶合金基体,而富Pb液相凝固结晶后以球形晶态粒子形式均匀分布于铝基非晶基体中。研究表明,利用难混溶合金液-液相变原理,通过快速凝固技术可以设计和制备原位球晶粒子/非晶合金基复合材料。     

难混溶合金凝固过程中宏观偏析形成的数值模拟

基于分离粒子法，建立了一个模拟难混溶合金凝固过程中第二相宏观偏析形成过程的模型．此模型考虑了实际凝固过程中的诸多因素，包括形核，扩散长大，Ostwald熟化，Brownian碰撞以及运动碰撞的影响．对Al-30％In合金的模拟结果与实验结果吻合较好，反映了所建立模型较好的理论预测能力．     

Cu-Sn-Pb过偏晶合金中异常Cu-Sn壳/Pb核宏观结构的形成

目前核/壳结构难混熔合金的壳是由低熔点相组成还是高熔点相组成,尚无确切答案。根据文献中Cu-Sn-Pb合金的计算相图,通过铸造法研究14Sn-73.1Cu-12.9Pb、14Sn-64.5Cu-21.5Pb、Cu-65Pb和Cu-75Pb合金的相分离过程。结果表明,14Sn-64.5Cu-21.5Pb合金具有富Cu-Sn相包裹富Pb相核/壳结构组织;这一结果与低熔点相(如Cu-75Pb合金)形成核的观点不一致,这种异常现象可以解释为:在铸造过程中,由于过冷度的影响,偏晶反应发生在液相分离反应前。这为通过控制凝固路径改变难混熔合金的结构提供了一种可能的方法。     

不同凝固条件下Cu80Fe20合金凝固组织以及磁性能研究

通过制备不同凝固条件下亚稳难混溶Cu80Fe20合金,系统的研究了不同凝固条件下合金凝固组织以及软磁性能的差异。结果表明:铜板模具冷却得到的Cu80Fe20合金凝固组织由细小的胞状富Fe枝晶以及基体组成,说明该凝固条件下合金凝固过程中仅仅发生平衡液-固相转变;然而石墨模具冷却得到的Cu80Fe20合金凝固组织由球状的富Fe相、发达的富Fe枝晶以及基体组成,说明该凝固条件下合金凝固过程中不仅发生平衡液-固相转变,而且发生了液-液相分离,并发现相分离形成的少量相富Fe液滴内部结构存在富Fe层的存在,且在迁移发生聚合、凝并以及碰撞;同时研究发现,不同的凝固条件下得到Cu80Fe20合金的饱和磁化强度和矫顽力存在差异,但综合来看制备的合金均呈现良好的软磁性能。     

第三组元对Al-Bi偏晶合金凝固组织的影响

采用控制铸造技术制备了减摩轴瓦材料Ａｌ－Ｂｉ偏晶合金,并通过活加第三组元的方法,研究了Ｓｉ,Ｓｎ、Ｐｂ对Ａｌ－Ｂｉ合金凝固组织的影响,合金加热至１０００℃后采用控制铸造技术制蜊均匀铸锭,金相分析结果显示,第三组元Ｐｂ、Ｓｎ对偏晶合金中Ｂｉ粒子的尺寸及形有很大的影响。     

反重力铸造对高强度铝合金凝固组织影响的研究

采用反重力铸造方法生产高强度铝合金铸件已成为航空、航天领域内获得优质构件的重要途径。研究了反重力铸造对高强度铝合金ZL114A和ZL205A铸件凝固组织的影响。结果表明，合金的凝固组织存在着不同的位置效应，对于ZL114A合金铸件，冷端晶粒尺寸最小，靠近浇口处晶粒尺寸粗大。对于ZL205A合金铸件，随距浇口处距离的减少，枝晶间分布的网格状θ（Al2Cu）相逐渐由粗变细，α（Al）枝晶内分布的黑色点状T（Al12CuMn2）相逐渐减少。分析表明，在反重力铸造补缩压力相同的情况下，合金的凝固温度范围不同是造成凝固组织不同位置效应的主要原因。     

Progress and Application of Microstructure Simulation of Alloy SolidificationEI北大核心CSCD

Solidification structures are the interaction links between the alloy components and their mechanical properties. Scientifically comprehending about the formation mechanisms, dominant factors and control methods in alloy solidification has a significant effect on the structure control and optimization. Dendritic structure is the most frequently observed solidification microstructure of alloys and controlled by heat, solute, melt flow, capillary and many other factors. Modelling and simulating can accurately quantify various phenomena and evolution rules in the process of solidification, thus play an increasingly important role in the design, preparation, processing and performance optimization of alloy materials. Over the past two decades, remarkable progress has been made and various models have been proposed in microstructure simulation during alloy solidification process, such as deterministic method, phase field (PF), Monte Carlo (MC) and cellular automaton (CA). With the advantages of clear physical meaning, easily programming and high calculation efficiency, CA method has been widely applied in the study of solidification structure simulation and exhibits great advantages. Considering the current development level of computer hardware, numerical model and calculation method, microstructure simulation of large components mainly adopts macro-microscopic coupling calculation method, such as CA-FD/FE model. The heat transfer and other multi-physical fields are calculated at the level of coarse mesh, where-as nucleation and dendritic growth are simulated at a much finer grid level. This paper reviews the main models and development of CA method used for nucleation simulation. The key aspects in the simulation of dendritic growth including mean solid-interface interface curvature, growth kinetics and the algorithm for eliminating "pseudo anisotropy" are discussed. Based on this, the development and application status of macro-micro coupling model during casting, directional solidification and other manufacturing fields are summarized. Finally, the existing problems and future tendency for simulation of solidification structures are analyzed.     

Comparison of dendrite and dispersive structure in rapidly solidified Cu–Co immiscible alloy with different heat flow modes

Rapid solidification of Cu–Co immiscible alloy was investigated by glass-fluxing, spray casting and melt-spinning techniques. Both the transition from dendrite to dispersive structure and corresponding scale evolution were revealed and further elucidated in terms of the heat flow mode, nucleation and growth processes under different solidification conditions. With the increase of undercooling, columnar dendrite is replaced by dispersive structure due to the immiscible effect. In contrast, equiaxed dendrite forms in spray cast alloy due to multiple nucleation events and becomes thinner for the case of higher cooling rate. Ascribed to the enhanced non-equilibrium effect and insufficient period for collision and coagulation processes between separated droplets, fine globular dispersion appears upon the diameter of spray casting reaching 4 mm. As for the melt-spun ribbon with the highest cooling rate, a single-phase solid solution microstructure with refined grain of cellular morphology can be obtained, which is attributed to the suppression of liquid phase separation by instant solidification.     

利用Marangoni对流制备均质偏晶合金

利用温度场下第二相液滴的Ｍａｒａｎｇｏｎｉ运动，设计了一种在地球重力场下制备均质偏晶合金的“控制铸造”新技术。在这种技术中，偏晶合金凝固界面前沿的第二相液滴将在重力场下作Ｓｔｏｋｅｓ运动和在温度梯度场下作与重力方向相反的Ｍａｒａｎｇｏｂｎｉ运动。     

锛造Mg-Al-Zn合金的成分、相组成与凝固路径的关系

采用SEM,EDS和XRD研究了几种Mg-Al-Zn合金的成分、相组成与凝固路径的关系.结果表明,Mg-Al-Zn合金的相组成与Zn/Al质量比有关;随着Zn/Al比值的增加,第二相γ Mg_(17)Al_(12)的数量减少,逐渐被φ-Mg_(21)(Zn,Al)_(17)取代,直至完全消失.通过搜集合金中町能存在的各相的热力学模型,运用Pandat热力学计算软件平台,计算并比较了平衡和非平衡(Scheil模型及金属型铸造)条件下合金的成分、相组成与凝固路径的关系.结果表明,金属型铸造的凝固过程偏离平衡凝固过程,Scheil模饿很好地解释了大多数合金铸造组织的相组成;但是由于Scheil模型不考虑有同相作为反应物参与的包晶反应,对ZA65合金凝固路径和相组成的预测结果与实际铸造组织的柑组成不符.