物理场对金属凝固组织影响的研究进展

介绍了传统单一物理场对金属凝固组织影响的研究概况,阐述了在此基础上几种新发展起来的复合物理场对金属凝固组织的影响及应用情况。由于复合物理场良好的控制效果,为了更好地实现晶粒细化,提出目前复合物理场研究进展中的一些问题,最后对今后复合物理场的发展进行了展望。     

金属凝固细晶技术及发展

介绍了凝固过程控制在材料加工技术中的地位,阐述了凝固过程的研究内容和凝固组织细化的作用,并对金属凝固组织细化技术中的浇注过程和传热条件控制方法、化学处理方法、机械处理方法以及外加物理场方法作了简单评述;认为温度扰动、成分扰动、外加超声波、脉冲电流或脉冲磁场不仅能有效地细化金属凝固组织,还可以避免其他细化方法对环境和金属材料本身的污染,有利于材料的循环利用.     

电、磁场对金属凝固组织的影响及应用

利用外加物理场凝固细晶技术是目前材料加工领域的研究热点。综述了各种电、磁场对金属凝固组织的影响，并对其主要的机理进行了探讨；并对电、磁场在金属凝固成形中的应用和进一步研究进行了展望。     

电、磁场对金属凝固组织的影响及其应用

利用外加物理场凝固细晶技术是目前材料加工领域的研究热点。综述了各种电、磁场对金属凝固组织的影响，对其主要的机理进行了探讨；并对电、磁场在金属凝固成形中的应用和进一步研究进行了展望。     

金属凝固：基于同步辐射原位成像技术的应用研究

全面深入研究金属凝固过程中组织和缺陷的演变规律是优化材料成分与制备工艺，提高材料综合性能的关键。作为一种通用型、高精尖、无损定量研究方法，同步辐射X射线因其具有高通量、高时空分辨率等特点，在金属凝固过程的研究中得到了广泛应用。综述了国内外基于同步辐射成像技术开展金属凝固过程的研究进展，涉及金属凝固原位研究用装置建设与技术开发，以及针对各类金属材料如铝合金、镁合金、高温合金等的凝固研究进展，重点关注凝固过程的组织演变、外加物理场(如电场、磁场、超声场)作用下的金属凝固行为，并阐述了同步辐射原位成像技术在凝固过程数值模型研究中起到的重要作用。最后，对未来的研究方向进行了展望。     

物理场对锌合金凝固组织影响的进展研究

在锌合金制备加工过程中引入物理场改善其组织和性能,成为当前的研究热点。物理场处理相对于传统添加剂细晶技术具有绿色高效,保持合金原有成分等优势。介绍了电场、磁场、超声处理以及电磁复合场对锌合金凝固组织影响的研究,并对其工业化应用提出了展望。     

振动过程的数值模拟在金属凝固中应用的研究进展

将振动技术应用于金属凝固过程,既能有效改善凝固组织、提高铸件的性能,还具有成本低、节能环保的优点,因此振动技术在金属凝固中的应用得到了广泛的实验研究。但由于金属熔体的高温和不透明性阻碍了对它的测量和观察,振动对凝固影响的机理尚不完全清楚。数值模拟能够提供振动条件下流场、温度场、应力场等各个参量的变化规律,有助于更全面地理解振动的作用机理。同时,振动对金属凝固影响的数值模拟还未得到系统研究。本文介绍了振动技术在金属凝固中应用的数值模拟的研究进展,在振动方式上主要包括超声振动、机械振动及脉冲电磁场的数值模拟,在应用内容上主要包括熔体处理、充型、凝固、除杂及时效过程的数值模拟。系统地介绍了振动技术在铸造过程的各方面应用的数值模拟原理和技术的研究现状,同时对未来研究方向进行了展望。     

功率超声及其复合场在金属熔体处理中的应用研究

简要介绍了超声波作用机制与基本原理,综述了超声功率、超声施振时间、超声施振温度对金属凝固组织及性能影响的研究及应用现状,介绍了功率超声在金属基复合材料凝固过程中的应用,功率超声复合场对金属熔体作用的研究及展望。     

功率超声波辅助铸造仿真模拟研究进展

物理、材料和电子等领域科学技术的飞速发展使得声场、磁场和电场等外场调控技术逐渐成熟。其中，超声场能在高温金属熔体中诱导独特的非线性声学效应(主要包括声流作用与空化效应),进而对金属凝固过程产生调控作用。在金属凝固前或凝固过程中施加功率超声波，均可在一定程度上改善凝固路径、细化晶粒组织、降低偏析、减少凝固缺陷等。功率超声辅助铸造技术亦逐渐成为工程领域基础研究与工业化应用的热点之一。围绕超声波辅助铸造中换能系统、流场、温度场、声流作用、空化效应及晶粒细化等建模仿真内容进行综述和比较分析，并对大规格金属材料多源超声铸造仿真进行了展望。     

金属熔体处理技术在凝固控制领域中的应用与进展

随着冶金技术进步及材料科学研究的深入,金属熔体处理已发展成为当前凝固控制领域的热点课题.简介了金属熔体处理的基本理论及其常用手段,综述了各种外场条件下金属熔体处理工艺对其凝固组织影响,并对其工业化应用进行了分析与展望.     

螺旋磁场对金属凝固过程中成分偏析的影响

通过模拟钢连铸金属凝固的条件,以低熔点合金为研究对象,分析了螺旋磁场对凝固组织的影响。发现螺旋磁场能够消除成分偏析、碎断枝晶和细化凝固组织。同时,对比研究了不同磁场方式对凝固组织的影响。在相同电磁搅拌参数下,螺旋磁场比旋转磁场更能减小铸锭上下部成分之间的差异并细化晶粒,对促进铸锭成分均匀化有更好的效果;螺旋磁场电磁力分布更有利于形成较大区域的均匀搅拌,对形成等轴晶有明显的促进作用,且晶粒排列的方向性比旋转磁场处理下的更小,即各向同性效果更好。     

不同超声波处理方式对高碳钢液凝固组织的影响

主要研究了超声处理对高碳钢凝固组织的作用,分析了不同处理方式对其凝固组织的影响。试验结果表明:高碳钢液凝固前进行超声处理,其凝固组织没有发生明显的变化;对加稀土铈的高碳钢液在凝固前进行超声处理,凝固组织细化明显;在钢液凝固过程中引入超声波,初生树枝晶被击碎形成均匀细小的等轴晶,高碳钢凝固组织显著细化。     

Synthesis of composite coatings using rapid laser sintering of metallic powder mixtures

Presented here is a brief review of research of an authors’ collective dealing with laser treatment of materials, sintering metallic powders, and multiscale simulation. A theoretical analysis of the processes of structure formation upon the rapid laser synthesis of composite coatings has been performed. The experimentally obtained structural and phase characteristics of the sintered layers have been explained based on an analytical and numerical simulation of the dynamics of thermal fields in the zone of treatment, processes of melting, and subsequent solidification of porous materials. Upon rapid sintering and solidification, the effect of impurity trapping has been taken into account, which determines the chemical composition of the powders under nonequilibrium conditions of their formation. It has been shown that rapid laser treatment retains the composite structure of the powder layer due to the high rates of local heating/cooling and high rate of solidification comparable with the rate of diffusion of chemical components. The results obtained are applicable in the development of a wide class of functional-gradient composite materials.     

电磁场对Al-18%Si合金凝固组织的影响

研究了在Al-18%Si过共晶铝合金凝固过程的不同温度施加不同的磁场,对合金凝固组织的影响。结果表明:随着施加直流磁场温度的降低,初生Si变得越来越长,共晶组织也变得越来越细密;随着施加交流磁场温度的降低,初生Si变得越来越粗大,共晶组织无明显变化。     

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.     

磁场类型对金属凝固机理的影响研究综述*

利用磁场辅助制备的合金综合性能优异,广泛应用在工业生产、交通运输、航空航天等领域。不同磁场参数环境下合金硬度、耐磨性等服役性能有所差异,作用机理复杂多变。对新工艺驱动下不同磁场对金属凝固过程的作用规律进行总结, 弥补目前磁场辅助金属表面加工方法的研究短板,对金属表面工程发展有重大意义。归纳科研人员在不同磁场环境对金属表面加工的研究探索,分析对比金属材料在不同类型磁场环境下的晶核形核和生长过程差异,总结金属凝固过程在不同磁场下的变化规律,如晶界形貌改善、形核率提高、晶粒细化等。从晶粒微观形貌和合金宏观性能表现两方面出发,分析磁场作用下熔体内部传热传质变化,揭示稳恒磁场、脉冲磁场和交变磁场对金属凝固影响的作用机理,讨论不同参数的磁场对熔体作用效果差异,如磁场对熔池内部流动扰动、熔体内带电粒子受到的洛伦兹力等。综上,晶粒细化、合金性能提高是磁场作用下熔池传热传质变化和磁场作用力的综合体现。综合研究对比稳恒磁场、脉冲磁场和交变磁场对金属凝固的作用特点和作用机理,综述金属凝固领域当前热点问题,有助于统一磁场环境下金属凝固机理的争论,填补磁场环境下金属表面加工工艺的空白,对推进高性能金属表面制备研究有借鉴意义。     

功率超声对T10钢凝固特性的影响

采用功率超声对T10钢的凝固过程进行处理，分析了功率超声对T10钢凝固组织和凝固冷却曲线的影响，并在此基础上探索了超声空化和声流效应对T10钢凝固过程的作用机理。结果表明，功率超声能够细化T10钢凝固组织、缩短凝固时间、降低凝固开始温度，超声波功率为700W时得到均匀细小的等轴晶。