高铬铸铁过流冷却过程中初生相的细化球化

采用过流冷却法制备高铬铸铁半固态浆料,对初生相细化球化机理进行研究。结果表明,在冷却体作用下,熔体中大量快速形核长大的初生相通过物理、冶金作用分解和熟化成细小的等轴状颗粒而达到细化球化。树枝状初生奥氏体通过枝晶臂熔断和主干弯曲折断而细化球化,早期以枝晶臂熔断为主,后期以主干在剪切力作用下弯曲折断为主;高硬度的M7C3型初生碳化物通过横向折断和纵向分裂而达到细化球化,早期以横向折断为主,后期以纵向分裂为主。     

铸态亚共晶高铬铸铁重熔时先共晶相的演变

通过观察常规铸态亚共晶高铬铸铁在固液区间等温重熔过程中先共晶奥氏体形貌的变化情况,研究其演变规律及机理。结果表明,在等温重熔过程中,网状枝晶的粗化、熔断和晶粒的球化、合并长大是先共晶奥氏体演变的4个主要阶段。在较低温度下重熔,其演变过程以枝晶长大粗化及熔断为主,奥氏体枝晶网状结构难以完全消除;在较高温度下重熔,组织的演变过程以晶粒的球化及合并长大为主。在适当温度下(1330℃)保温一定时间(35min)可以获得较为圆整且尺寸均匀分布的先共晶奥氏体组织,但加热温度过高,保温时间过长,奥氏体晶粒会严重长大粗化。     

过流冷却体法中高铬铸铁初生相的细化研究

采用过流冷却体法制备高铬铸铁半固态浆料,对初生相的细化过程进行研究.结果表明:过流冷却体改变了高铬铸铁熔体的温度场、成分场,且合金熔体间、熔体与过流冷却体间存在剪切应力,使初生相得到细化;树枝状奥氏体和长杆状M7C3,碳化物的细化受熔体的温度、温度梯度和粘度影响较大;在凹槽半径较小或温度较高的过流冷却体中熔体温度较高,温度梯度较小,牯度较小,使奥氏体的细化以枝晶臂熔断为主;M7C3碳化物因[0001]方向生长速度较小及剪切作用而细化;在凹槽半径较大或温度较低的过流冷却体中温度较小,温度梯度较大,粘度较大,剪切应力较大,使奥氏体的细化以枝晶臂弯曲折断为主,碳化物以折断、分裂而细化.     

初生奥氏体形态对高铬铸铁重熔保温过程组织演变的影响

将亚共晶高铬铸铁铸态试样和半固态试样加热至液固温度区间保温,研究了保温过程中初生奥氏体形态和尺寸的演变过程。结果表明,两种试样保温过程中奥氏体晶粒都经历了粗化并趋于球化的发展过程,其粗化是由于溶质原子迁移和晶粒合并所导致。原始奥氏体形态决定其球化速度,含颗粒状奥氏体的半固态试样中奥氏体经历了简短的长大而球化过程。含枝晶状奥氏体的铸态试样中奥氏体先形成网状结构,然后经过复杂的熔断、长大过程,奥氏体球化速度极其缓慢。     

灰铸铁和球墨铸铁凝固过程中的几个问题

详细介绍了灰铸铁和球墨铸铁的凝固过程,包括生核过程、初生奥氏体枝晶的析出过程以及亚共晶铸铁、过共晶铸铁、共晶铸铁的形成过程。阐述了初生奥氏体枝晶的形态和初生奥氏体枝晶对铸铁性能的影响以及对初生奥氏体枝晶的控制。分析了灰铸铁和球墨铸铁的共晶转变过程以及石墨的晶核。最终得出:(1)对于灰铸铁,组织中枝晶所占的体积分数提高,铸铁的强度随之提高;(2)对于球墨铸铁,初生奥氏体枝晶的数量和枝晶间距,对石墨球的形态、尺寸和分布状况有重要的影响;(3)将w(Al)量控制在0.005%~0.01%,既促进灰铸铁石墨生核,又不会诱发针孔缺陷;(4)采用含S、O的孕育剂可以使球化率提高、石墨球数增多、石墨球尺寸减小,从而提高球墨铸铁质量。     

Mg-3Sn-1Mn合金连续流变成形组织形成机理

利用连续流变成形实验机制备断面为5 mm×50 mm的Mg-3Sn-1Mn镁合金型材,研究辊靴型腔中的合金组织及其形成机理。结果表明:合金熔体首先在轧辊和靴子表面异质形核。当轧辊表面比较粗糙时,合金在轧辊表面异质形核能力较强,利于枝晶的形成;在轧辊剪切/冷却作用下,枝晶发生破碎形成自由晶,枝晶破碎主要由枝晶臂剪切断裂机制和枝晶臂熔断机制引起;自由晶在生长过程中,由于合金熔体内部的层流剪切作用,自由晶进一步被破碎,晶粒周围溶质分布趋于均匀,其散热择优方向也不明显,沿各个方向生长机会均等,晶粒以球状晶或等轴晶形式长大。     

过共晶球墨铸铁中石墨球周围奥氏体壳的形成机制

有用着色腐蚀技术，可清晰地显示出过共晶球墨铸铁中的高温凝固组织，观察分析了石墨球周围奥氏体壳（奥氏体壳是奥氏体枝晶的一部分）的形成机制。结果表明，初生枝晶和晕圈枝晶交替生长，促成石墨球周围奥氏体壳的形成；奥氏体以石墨生长面（0001）为衬底形核、生长，在初生石墨球周围形成环状封闭奥氏体壳；共晶前期石墨球在枝晶臂间或框架中形核、生长、尔后为枝晶高次臂所包围，形成封闭或不封闭的框架奥氏体壳。共晶后期石墨球不形成奥氏体壳。     

旋转磁场对ZA27(Si)合金组织的影响

研究了电磁搅拌对ZA27（Si)合金组织的影响，结果表明：强烈的电磁搅拌使ZA27(Si)合金中初晶硅显著细化和球团化，共晶硅大部分粒化，基体组织也明显细化。研究还表明：电磁搅拌引起的机械破碎、摩擦作用、抑制择优生长作用、促进枝晶熔断作用及促进非均质形核作用是组织细化的主要机理。     

浇注扰动对近液相线铸造半固态AlSi9Mg合金的影响

通过设计正交试验,结合金相分析获得了试验条件下近液相线铸造法制备半固态AlSi9Mg合金的合理工艺参数匹配,即浇注温度605℃、浇注高度3 h型、保温时间35 min、冷却强度适中(水冷)时获得的非枝晶组织更加细小、圆整且分布均匀;从晶粒形核、长大的热力学和动力学角度,综合分析了浇注扰动对近球形或球形非枝晶组织形成的影响机制.结果表明,浇注扰动不仅可大大提高形核率,且利于晶粒直接球化长大和等轴枝晶形成后的球化生长;提高晶粒球形长大的稳定性并将长大后的球晶保留下来或增强枝晶形成后的球化生长趋向是获得理想非枝晶组织的关键.     

剪切/振动耦合作用下连续流变轧制成形A2017合金组织演化及动态凝固(英文)

将振动倾斜板制浆技术与轧制技术有机结合,开发新型连续流变轧制成形技术,利用该技术制备A2017合金板材。研究连续流变轧制成形过程中A2017合金组织演化及动态凝固行为。结果表明,在振动倾斜板制浆过程中,由于倾斜板的强冷却及振动作用,熔体内部形核率较高,晶粒有两种长大方式:一是直接球形长大,二是先枝晶生长然后断裂球化,因此促进了球形晶和玫瑰晶的形成。在半固态浆料轧制过程中晶粒被拉长。随着浇注温度升高,晶粒尺寸逐渐变大。当浇注温度为650660°C时,可以制备表面形貌和内部组织较好的A2017合金板材,其内部组织主要由球形晶和玫瑰晶组成。     

浇注温度对半固态亚共晶高铬铸铁初生奥氏体的影响

利用倾斜板冷却体法制备了亚共晶高铬铸铁半固态浆料,并且研究了不同浇注温度对半固态亚共晶高铬铸铁初生奥氏体的影响。结果表明,浇注温度低时,合金熔液获得的过冷大,初生奥氏体大量形核,颗粒细小、圆整;随着浇注温度的升高,合金获得的过冷减小,初生奥氏体形核率降低,液相原子扩散能力提高,长大机率增加,初生奥氏体明显长大,且朝枝晶状生长,颗粒尺寸变大、圆整度差、枝晶发达;当浇注温度进一步升高时,液相原子扩散能力再次加强,使得初生奥氏体周围液相的溶质浓度均匀,颗粒生长没有明显的方向性,初生奥氏体颗粒粗大、圆整。     

流变铸造半固态亚共晶高铬铸铁组织形成研究

研究了亚共晶高铬铸铁半固态球状晶的形成条件及规律。结果表明：通过控制合适的浇注温度，并对充型前的金属液进行激冷处理，同时对过冷的金属液配以适当的振动，可以获得球形或近球形的先共晶奥氏体非枝品组织；在带有倾斜板冷却体的低温浇注情况下，金属液的冲刷、流动及振动使熔体获得了均匀的溶质场和温度场，抑制了发达的先共晶奥氏体枝晶的形成，为球状晶的获得提供了条件。     

电磁搅拌对低硫钢枝晶组织及机械性能的影响

在凝固过程中,电磁搅拌所导致的熔体流动使钢的原始奥氏体晶粒得到了细化;但却粗化了二次枝晶臂间距,其结果。使抗拉强度提高,并使断面收缩率明显下降。微量Ce的加入能够抑制电磁搅拌的不利作用。     

Boundary layer and cooling rate and microstructure formation on the cooling sloping plate

During melt treatment by cooling sloping plate, laminar flow and turbulent flow exist on sloping plate surface commonly. The thickness of velocity boundary layer and the critical transfer distance from laminar flow to turbulent flow increase with the decrease of initial flow velocity. The thickness of temperature boundary layer increases with the increment of flow distance and the decrease of initial flow velocity. The melt cooling rate and melt thickness have an inverse proportion relationship. The melt cooling rate of cooling sloping plate process can reach 10²–10³ K/s and belongs to meta-rapid solidification scope. Uniform solute field and high cooling rate can lead to eruptive nucleation. In addition, a large quantity of heterogonous nuclei appears on the sloping plate surface, and vibrating flow can enable heterogonous nucleus to escape off the plate, which leads to nucleus multiplication. Under relative uniform solute field and high cooling rate, some grains can keep stable growth surface, go on growing with the round surface and finally maintain their globular structure. However, there are always some grains that grow along a certain preferred direction, but under vibrating flow their dendritic arms break and transform into near spherical structure.     

Dynamical solidification behaviors and microstructural evolution during vibrating wavelike sloping plate process

A vibrating wavelike sloping plate process (VWSP) was proposed. Heat and solute transformations, nucleation mechanism and grain growth as well as microstructure evolution were investigated. It is shown that the sloping plate can provide strong undercooling, and a large quantity of heterogonous nuclei appear on the sloping plate surface, wavelike flow and vibration can enable heterogonous nucleus to escape off the plate, which lead to nucleus multiplication. Moreover, wavelike flow and vibration improve solute diffusion coefficient and cause uniform solute and temperature field, which lead to eruptive nucleation. Grain growth has two typical ways, direct globular growth and dendritic growth. Under relative uniform temperature and solute fields, some grains can keep stable growth surface, go on growing with the round surface and finally maintain their globular structure. However, there are always some grains that grow along a certain preferred direction, but under wavelike flow and vibration their dendritic arms break and transform into near spherical structure. During the casting process, microstructural evolution from globular/dendritic structure to globular/equiaxed structure and to globular structure was observed.     

Ti-45Al合金焊接熔池凝固过程数值模拟

采用元胞自动机法和有限差分法建立了宏微观耦合下的焊接熔池微观组织凝固模型,对Ti-45Al合金焊后凝固过程中的枝晶生长形貌和溶质场浓度分布进行模拟,并通过试验对模拟结果进行验证. 讨论分析了焊接热输入、内部形核数和表面传热系数对枝晶生长及形貌的影响. 结果表明,熔池内的组织主要由柱状晶和等轴晶两种形态组成. 热输入的增加和传热系数的减少均有助于柱状晶的生长,而内部形核数越大则越有利于等轴晶的生长. 所建立模型的计算结果与试验结果在关于枝晶生长的定向研究中有较好吻合.     

A Model Describing Solidification Microstructure Evolution in an Inoculated Aluminum Alloys

A population dynamics-cellular automaton(PD-CA) model is developed to describe the microstructure formation in an inoculated Al alloys. The model involves the dynamics behaviors of the inoculated particles and the nucleation, initial spherical growth of nuclei as well as the subsequent dendritic growth. The model was validated by using the experimental results for the Al-Cu alloys inoculated by Al–Ti–C refiner first, and then used to simulate the detailed solidification process in an inoculated Al–Cu alloy. The results indicate that the TiC is not stable in Al melt. The heterogeneous nucleation process consists of two stages: a very short initial stage dominated by the cooling rate and the later stage dominated by the number of the active TiC. It stops at the very moment the recalescence occurs. The average grains size d of the aluminum alloys aw))inoculated by the Al–Ti–C refiner can be calculated by d(μm) =■ where Q is the cool factor, C_0(%) is the initial solutes composition, w(%) is the additive amount of Al–Ti–C refiner. t(min) is the holding temperature time since the Al–Ti–C refiner is added into the melt. a and b are the constants.     

导流器在AZ91D镁合金半固态组织形成中的作用

采用新型的自孕育法制备AZ91D镁合金半固态浆料,研究了导流器在半固态组织形成中的作用.结果表明,合金熔体加入孕育剂并经导流器浇注后,导流器吸收大量过热,使合金温度迅速降低至液相线附近;合金液在导流器表面流动时,导流器促进了熔体中非均质形核及游离晶粒的产生,使合金凝固时晶粒增殖.导流器表面凝固组织从上至下依次为树枝晶、细小树枝晶、等轴晶;倾斜角度影响合金流动方式及传热效果,角度过大和过小均不利于晶粒增殖,角度为45°时冷却效果和剪切作用最佳,此时合金有效形核数量最多,半固态浆料组织初生相细小且分布均匀.     

基于磁场作用下的金属凝固研究现状*

利用磁场辅助金属凝固,不仅可以细化晶粒、改善凝固组织的力学性能,同时由于磁场和熔融态金属是非直接接触, 还可以避免缺陷的引入,进而已成为研究热点。针对磁场作用下的金属熔体形核和晶核生长特点,对金属凝固过程进行深入分析,从磁场对金属凝固的影响原理和仪器设备两个方面进行总结,综述磁场作用下金属凝固的研究进展;分别从铁磁性、 顺磁性、抗磁性三种磁性金属在磁场作用下试验研究进行梳理分析。结果表明：磁场引发的洛伦兹力、热电磁力、磁转矩及磁取向等作用通过影响金属熔体的形核和晶核生长,最终改善凝固组织性能;磁场设备利用永磁铁或者电磁铁产生磁场环境; 三种磁性金属在磁场环境下凝固后的性能改善体现在力学性能、导电性能、磁性能等方面。最后归纳磁场辅助金属凝固过程中所存在的问题,并展望未来的发展趋势。