Analysis of Competitive Growth Mechanism of Stray Grains of Single Crystal Superalloys during Directional Solidification Process

在高梯度定向凝固装置中采用枝晶方向与热流偏离的籽晶制备AM3晶体,分析晶体生长过程中杂晶的形核原理和不同晶粒的竞争淘汰机制。结果表明,枝晶方向与热流偏离造成的过冷可促使杂晶的形成。枝晶生长方向与热流偏离较大的晶粒在一定条件下可淘汰枝晶方向与热流接近的晶粒;晶粒的竞争与淘汰过程受晶粒间枝晶的相对位向、晶粒生长方向与热流方向的夹角大小、晶粒的晶体取向等因素有关。     

定向凝固DZ4125柱晶高温合金晶粒生长过程组织演化及其竞争生长行为

采用Bridgman定向凝固法制备DZ4125柱晶高温合金定向试棒,研究在恒定抽拉速率下定向晶粒生长过程微观组织演化及晶粒间竞争生长行为。结果表明,随着定向凝固柱晶高温合金生长高度的增加,一次枝晶间距增加,γ′相尺寸减小,且γ′相形貌由蝴蝶状向立方体状、近球状转变,枝晶间处γ′相尺寸和数量均高于枝晶干处。碳化物和γ+γ′共晶组织主要分布于枝晶间区域,且随着生长高度的增加,碳化物形貌由细小块状逐渐向条状、骨架状转变。此外,由于晶体的竞争生长,随着生长高度增加柱状晶数量明显减少,表现为在最终生长区内主要存在定向起始段中心部晶粒。上述过程主要因为存在凸固液界面生长条件,晶粒向近炉壁侧倾斜发散生长,中心部晶粒淘汰边缘晶粒发生稳定生长。     

ZA27合金在不同压力下凝固的组织分析

通过研究不同压力对ZA27合金凝固组织的影响,得出在500 MPa下凝固时,组织明显细化,晶体形态得到改善.在2.5 GPa下凝固为致密的网状组织结构,每个晶粒由相互平行的细密的二次枝晶所构成,而且二次枝晶具有一定的方向性,最后的凝固组织没有得到(β+η)共晶体,而是单一的η相.讨论了不同压力对合金的熔点,固溶度的影响,以及压力作用下形核率和生长速度对凝固组织的影响.     

超高压力对ZA27合金非平衡凝固组织和性能的影响

研究了高压凝固条件下ZA27合金凝固组织的变化。高压凝固ZA27合金的宏观组织为致密的网状结构，每个晶粒由相互平行的二次枝晶所构成，而且二次枝晶具有一定的方向性，最后凝固组织并非（β η）共晶体，而是单一的η相，高压也增加了Zn在α相以及Al在η相中的固溶度。同时高压使ZA27合金的二次枝晶臂间距（DAS）减小，硬度获得大幅度的提高。     

考虑包晶相的Ti-Al合金定向凝固枝晶生长数值模拟

考虑二元合金包晶反应和包晶转变过程,采用改进的CA方法建立了Ti-Al合金定向凝固过程中的组织演变数值计算模型,对液态金属冷却定向凝固过程中Ti-47.8Al(原子分数,%)合金包晶相的形成和具有不同优先生长方向的柱状晶的竞争生长进行了模拟。模拟了40 K/cm和80 K/cm两种温度梯度下合金的组织演化,并与相应的Ti-47Al-2Cr-2Nb合金定向凝固试验结果进行对比。结果表明,较之40 K/cm,温度梯度为80 K/cm时组织更快地进入稳定生长区,过渡区相对较短,而且柱状晶区晶粒的连续性更好,一次枝晶臂间距减小。     

镍基双晶高温合金定向凝固过程中的竞争生长

研究了镍基双晶高温合金定向凝固过程中的竞争生长.实验结果表明：当原始籽晶一次枝晶方向均平行于热流方向且二次枝晶取向不同时,定向凝固过程中双晶共存,但双晶的界面存在波动,抽拉速率对其影响不大.当原始籽晶一次枝晶([001])异面并保持其中一组二次枝晶取向([010]相同时,双晶竞争生长过程是一个三维竞争生长过程.晶粒竞争...     

单晶高温合金定向凝固过程中晶体竞争生长观察

本文选用镍基单晶高温合金，用籽晶法控制各晶粒的晶体取向，进行了多晶组合的竞争生长实验，模拟了定向凝固中不同晶体取向晶粒间的生长过程与竞争规律，结果表明：晶粒的竞争生长过程取决于晶粒的相对取向关系及其与热流方向的夹角，择优生长方向与热流方向最接近的晶粒将淘汰其它晶粒并逐渐占据整个试样截面，当两个晶粒的择优生长方向都与热流方向不平行且大发散角方式组合时，两晶粒间可出现第三个晶粒并最最终扩展至整个试样截     

电流对ZA42合金凝固方式的影响

研究了ZA42合金在不同电流强度作用下凝固方式的演变规律。结果表明：随着电流的增大，合金凝固过程中晶体的生长方式从典型的树枝晶转变为类似等轴晶，电流进一步增大时，最终又趋向于枝晶生长，并且组织得到细化。从电流对凝固界面的稳定性、溶质分配系数和过冷度的影响几个方面讨论了直流电流对ZA42合金凝固方式的作用机理。     

ULCB钢焊接熔池凝固过程数值模拟

采用元胞自动机法建立ULCB钢焊接熔池凝固过程的宏微观耦合模型,模拟非均匀温度场下焊接熔池凝固过程的组织形貌演变和溶质场分布,分析不同形核参数和合金成分对焊接熔池枝晶形貌的影响。结果表明,熔池边缘形成柱状晶,熔池中心形成等轴晶,柱状晶和等轴晶相互抑制长大;枝晶生长过程中始终存在着枝晶偏析现象;形核密度和合金成分影响枝晶的形核和生长,随着形核密度和合金成分的增加,焊缝中等轴晶区域增加,晶粒细化。     

超声振动辅助激光熔化沉积316L不锈钢的微观组织演变研究

在激光熔化沉积316L不锈钢的过程中耦合不同功率的超声振动,研究了超声功率对晶粒形态尺寸、凝固组织形成机制以及晶粒生长特性的影响。研究表明,激光熔化沉积过程中316L不锈钢晶粒发生定向凝固外延生长,形成粗大的柱状晶。施加超声会将沿[100]方向外延生长的粗大原生柱状晶打碎,产生细化晶粒的效果；沿柱状晶外延生长方向传递的超声振动增大了晶粒内沿长轴方向的累积取向差,提高了平均位错密度。施加超声有助于加强熔池流体的对流,降低沿沉积方向的温度梯度,使得垂直生长的柱状晶更快转变为八字形柱状晶；同时提高合金凝固冷速,使得柱状晶宽度以及晶粒内部一次枝晶列间距减小,实现宏观晶粒尺寸与微观枝晶间距的细化。     

锌铝合金热型连铸的工艺方法

就热型连铸工艺条件下对具有共晶、包晶和共析转变的5种典型锌铝合金的连续定向凝固进行了研究,找出了各种合金的最佳工艺参数配合范围.研究表明引锭操作是热型连铸工艺的关键环节,型口温度、拉铸速度、冷却条件、合金成分和液位压头对铸锭表面质量有直接影响,型口位置的固液区存在着热和力的平衡.只有通过调节工艺参数,维持固液界面的良好位置,才能拉铸出表面光滑的线材.     

热型连铸锌铝合金定向凝固线材的组织分析

对热型连铸锌铝合金定向凝固线材的铸态及热处理组织进行了观察、分析和讨论。结果表明：热型连铸锌铝合金线材的显微组织为定向生长的平行柱状枝晶组织;共晶合金ZA5的枝状芥是的每个枝晶都由多层片状共晶β和η两相构成,过共晶合金的组织为初生树枝晶和枝晶间共晶组织,其中ZA8,ZA12初生相为β相,ZA22和ZA27的初生相是α相。     

热型连铸锌铝合金的缺陷形成与机理

对5种典型锌铝合金在热型连铸工艺条件下的连续定向凝固进行了研究, 探讨该工艺下锌铝合金线材表面缺陷的产生机理, 并对部分缺陷的组织结构进行了显微分析. 结果表明 只有金属液压头、型口温度、拉铸速度和冷却条件诸工艺参数在一定范围内的协调配合, 才能拉铸出表面光滑的锌铝合金线材. 不合理的工艺参数将导致热裂、表面粗糙、糊状型口和拉漏等缺陷. 固液两相区的形状和位置对上述缺陷的形成有重要影响, 当固液两相区位于型口或型内时, 凝固界面将向型内凸入, 如果剩余液体不能抵消凝固收缩, 就会出现表面粗糙; 若凝固界面深入型内较多, 则使型内凝固的铸锭摩擦力过大, 形成热裂; 固液两相区移至型外, 凝固界面将变成平面, 容易发生拉漏.     

Development of a New Hot-cracking Test for Aluminium Alloys

A new hot-cracking test has been developed for aluminium alloys which allows investigations of hot-tearing to be carried out under well-controlled solidification conditions. The stress which develops in the solidifying ingot is perpendicular to the macroscopic growth direction and so columnar structures are tested normal to the growth axis of the columnar grains. A localised hot-spot must be imposed on the system if a macroscopic hot-tear is to form. Temperatures were recorded at various locations in the solidifying ingot so that the build-up of fraction solid could be monitored. The hot-cracking susceptibility of Al-Cu alloys has been investigated as a function of alloy composition and maximum susceptibility occurred in the range 0.5–2.0 wt% Cu. At a fixed composition of 6 wt% Cu, the grain structure/type was found to greatly influence cracking susceptibility as measured by this test. Hot-tears were always intergranular.     

真空自耗电弧熔炼TC4铸锭的凝固组织和缩松缩孔的模拟

建立三维轴对称有限元模型,采用移动边界法模拟了真空自耗电弧熔炼( VAR)TC4合金铸锭凝固过程的温度场分布,并基于元胞自动机和有限元耦合法(CAFE法)计算了VAR过程中TC4铸锭的凝固组织、缩松和缩孔的形成.结果表明,模拟结果与试验观察在晶粒结构、柱状晶生长方向,柱状晶-等轴晶转变及缩松和缩孔等方面相符合.     

MICROSTRUCTURE ANALYSIS AND MECHANICAL PROPERTIES OF Zn—Al ALLOY ROD PRODUCED BY HEATED MOLD CONTINUOUS CASTING

The new technology of continuous casting by heated mold was used to produce directional solidification ZA alloy lines to eliminate the inter defects of these lines and increase their mechanical properties. The results are as follows: (1) The microstruc-ture of the ZA alloy lines is the parallel directional dendritic columnar crystal. Every dendritic crystal of eutectic alloy ZA5 was composed of many layer eutectic β and η phases. The micro structure of hypereutectic ZA alloys is primary dendritic crystal and interdendritic eutectic structure. The primary phase of ZA8 and ZA12 is β, among them, but the primary phase of ZA22 and ZA27 is a. (2) Through the test to the as-cast ZA alloy lines made in continuous casting by heated mold, it is found that the tensile strength and hardness increase greatly, but the elongation decreases. With the increase of aluminum amount from ZA 5 to ZA 12, ZA22 and ZA27, the tensile strength increases gradually. ZA27 has the best comprehensive mechanical properties in these     

Numerical Simulation of Titanium Alloy Ingot Solidification Structure during VAR Process Based on Three-Dimensional CAFE Method

建立三维多尺度数学模型计算Ti-6Al-4V合金铸锭真空自耗电弧熔炼(VAR)过程中的温度场、流场及凝固组织的形成。该模型包括宏观质量、动量及能量守恒方程和介观晶粒形核生长模型。在传热与流动计算的基础上,模拟铸锭VAR过程中的三维凝固组织的形成。对比计算结果与实验观察可知,两者在晶粒结构与晶粒生长方式方面吻合较好。当考虑VAR过程中熔池表面的辐射换热后,铸锭顶部的柱状晶被很好地呈现。最后,考察了自然对流对铸锭凝固组织的影响,计算结果表明自然对流对柱状晶-等轴晶转变(CET)及晶粒尺寸影响较大,表现为促进CET及细化晶粒。     

抽拉速率对Ti-43Al-3Si合金籽晶法定向凝固组织的影响

以Ti-43Al-3Si为籽晶,研究了不同抽拉速率对TiAl合金耔晶法定向凝固全片层组织的影响．结果表明．60 mm／h抽拉速率下．凝固组织中的片层方向能够与生长方向保持一致．随抽拉速率增加,由于温度梯度降低、成分过冷增大等因素的影响,凝固组织中出现了与生长方向成45°或90°夹角的片层取向．电磁搅拌引起的强制对流使固／液界面前沿的扰动不断增强,晶体生长形态发生变化,破坏了片层取向的一致性．     

TB9钛合金棒材组织遗传效应与性能

以TB9钛合金为研究对象，对比分析了TB9铸锭不同部位在热加工过程中的组织差异，揭示了TB9钛合金棒材的组织遗传效应及其对性能的影响。结果表明，TB9钛合金铸锭可以分为底部沿轴向的柱状晶区，芯部的等轴晶区，边部与轴向呈45°的柱状晶区。其中铸锭底部的柱状晶具有较强的<100>织构，在随后的锻造和热轧过程中，<100>织构的柱状晶难以破碎，具有很强的遗传性，致使最终棒材尾部残留粗大的柱状晶结构，时效后抗拉强度仅为987 MPa。铸锭芯部等轴晶区没有明显的择优取向，最终制备的棒材晶粒细小，组织均匀，棒材的性能优良，抗拉强度可达1290 MPa。     

Effect of process variables on grain growth in simulating solidification microstructure of Ti-45%Al alloy ingot by stochastic model

A comprehensive stochastic model for simulating microstructure formation of Ti-45% Al（mole fraction） alloy ingot during solidification process was developed, based on a finite differential method（FDM） for macroscopic heat flow calculation and a cellular automaton（CA） technique for microscopic modeling of nucleation and growth. The formation of a shrinkage cavity at the top of ingot was taken into account. The effects of process variables such as pouring temperature and mold-preheated temperature on the microstructure formation were investigated. The calculated results indicate that the columnar zone is expanded with increasing pouring temperature in the nonlinear way and the volume fraction of equiaxed zone only slightly varies with the mold-preheated temperature.