12%Cr合金凝固过程夹杂物析出的实验研究与热力学分析

铁基12%Cr合金常用来制造先进发电机转子,这要求材料具有良好的性能和细小的夹杂物,合金中的大尺寸夹杂物会导致材料性能恶化。该研究采用了缓冷实验后淬火的工艺,从而将12%Cr合金熔体冷却与凝固过程中析出的夹杂物保留下来,并分别采用扫描电镜和能谱,对夹杂物的形貌及化学成分进行了观察和测定。实验结果表明,除各种形状的氧化物夹杂外,在试样中也发现了氮化钛夹杂,但在熔炼的过程中却并没有钛元素的加入。对凝固过程夹杂物的析出进行热力学计算,结果表明氮化钛夹杂析出与凝固阶段的末期。即便是痕量来自原料中的钛元素也可以导致氮化钛的析出。这些氮化钛在凝固时能够生长至大尺寸并损害材料性能。与此同时,氧化铝夹杂在液态熔体中即可生成。依据计算结果,对钛和氧的含量控制给出建议,这将对12%Cr合金生产过程起到帮助。通过研究钛和铝之间的浓度竞争,本文也讨论了实验过程中三氧化二钛夹杂析出的可能性。     

利用旋转磁场去除铝熔体中的夹杂物颗粒

研究了旋转磁场去除液态铝合金熔体中夹杂物颗粒的效果.将铝硅过共晶合金凝固过程中析出的初生硅颗粒视为夹杂物颗粒.采用旋转磁场,研究了密度比周围铝熔体密度大的初生硅夹杂物颗粒在旋转磁场下的分布规律.利用光学显微镜和数码相机对凝固试样的宏观及微观组织进行观察.实验结果表明:旋转磁场可以有效去除液态铝合金熔体中的夹杂物颗粒,并且旋转磁场的除杂效果随着磁场频率的增大而显著增加.因此旋转磁场提供了一种高效的金属熔体净化的方法.     

含钛微合金钢凝固过程中TiN的析出行为分析

分别从热力学和动力学方面研究了低碳含钛微合金钢凝固过程选分结晶对TiN夹杂物析出的影响。热力学分析表明,液相线温度以上不会有TiN析出;由于凝固过程凝固前沿Ti、N元素富集,凝固分数达到0.377时,凝固前沿固相中开始析出TiN;凝固末期,Ti和N的富集程度进一步增大,固液相中均有TiN析出。动力学分析表明,随着冷却速度的降低,凝固过程TiN夹杂物的尺寸显著增加,当冷速高于50 K/s时,TiN的理论半径为5.5 μm,当冷速低于5 K/s时,TiN的理论半径在17.5 μm以上;固相中析出的TiN为纳米级别。铸坯中TiN析出物主要尺寸为1~5 μm,且大尺寸夹杂主要在铸坯厚度方向的1/4处和中心处析出,这表明铸坯中的大尺寸夹杂物是在凝固过程中析出的。     

Inconel X-750弹簧中夹杂物的分析与评估

研究了Inconel X-750弹簧中夹杂物的显微形貌。结果表明,弹簧的化学成分满足Inconel X-750规范要求,微观组织主要有奥氏体+强化相组成,其间均匀分布氮化钛和钛铌合金夹杂物。合金中夹杂物尺寸为10~15μm,大于夹杂物的临界尺寸5μm,易于成为弹簧疲劳裂纹的裂纹源。     

机械振动对汽车用AM50合金的组织与性能影响

通过在汽车用AM50合金凝固过程中施加不同机械振幅的方法,研究了机械振幅分别为0、0.5、1、1.5、2和2.5 mm时对AM50合金的金相组织、夹杂物形貌与分布特征和力学性能的影响。结果表明,在合金凝固过程中施加机械振动,可以对合金中的析出相和晶粒起到明显的细化作用;随着机械振幅的增加,合金中圆形夹杂物的比例在不断减小,而条形和多角形夹杂物的比例在不断增加;当机械振幅增加至2.5 mm时,AM50合金的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率分别达到234 MPa、111 MPa和4.5%,相对未施加振动的AM50合金分别增加了25.8%、29.1%和128%。     

合金元素在12% Cr型超超临界转子钢中的作用

讲述了合金元素在12%Cr型超超临界转子钢中的作用,指出了开展超超临界转子钢中微合金碳/氮化物溶解与析出规律系统研究的重要意义。     

定向凝固冷速对Ti-O超细夹杂物析出的影响

采用定向凝固法模拟了由纯铁与钛铁制备的样品在凝固过程中二次枝晶臂间溶质富集时Ti-O夹杂物的析出情况,考察了冷却速率对Ti-O超细夹杂物尺寸、数量及分布的影响,验证了凝固过程微观偏析和Ti-O夹杂生成耦合模型.结果表明,随着冷速增高,夹杂尺寸减小,数量增多,分布更均匀.在10K/min(模铸),100K/min(方坯),200K/min(中厚板)冷速下夹杂的平均直径分别为1.87,1.09,0.82μm,夹杂数量分别为0.31×104,1.98×104和3.27×104 mm-3.利用凝固过程溶质富集析出Ti-O超细夹杂物是可行的.     

FeSiB合金熔体的微分热分析和夹杂物研究

本文采用自行研制的微分热分析仪测定了FeSiB合金熔体在凝固过程中的温度-时间曲线,并利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了试样的夹杂物形貌及成分,研究了所测曲线特征参数与夹杂物之间的关系。结果表明:当FeSiB合金熔体在凝固过程中的初晶时间间隔和初晶温度间隔都随熔体的夹杂物含量的增加而增大,同时,在薄带制带过程中容易产生水口堵塞等异常现象。     

镍基高温合金K4169中夹杂物的特征及形成机理

采用真空感应熔炼法冶炼出镍基合金K4169,通过电解萃取结合原位SEM分析法研究夹杂物的物相组成、尺寸形貌及成分,并分析夹杂物的分布、来源及形成机理。结果表明:K4169合金中的单相夹杂物主要为氧化物、碳化物和氮化物(以TiN、Al2O3、SiO2、TiO2、SiC等为主),复合夹杂物主要有硅铝酸盐(Al2O3-SiO2、Al2O3-MgO)、钛的碳、氮、氧化物(TiC-TiN、TiC-TiO2-TiN)及金属复合氧化物夹杂物(Mo-Ni-Fe-O、Ni-Nb-O)。TiN多分布在Laves相周围;SiC多分布在棒材边缘;其余各类氧化物多见于棒材心部缩孔内部及周围。硅铝酸盐复合夹杂物由硅铝氧化物的单相夹杂碰撞形成;金属复合氧化物夹杂于凝固后期的偏析液中氧化析出;碳氮化物复合夹杂物的形成机理有两类:一类为自发形核(TiC-TiN、TiC-TiO2-TiN),另一类为以MgO-Al2O3为核心异质形核(TiN)。     

钢液凝固过程中微观偏析和钛氧夹杂生成的耦合模型

根据钢液凝固时元素的固-液界面的偏析，并结合溶质元素在固、液相中的有限扩散，建立了钢液凝固过程中微观偏析和钛氧夹杂生成的耦合模型，模型计算表明：由于钛氧夹杂的生成，凝固过程中溶质元素的微观偏析程度得到较大抑制；控制适当的氧含量，有利于夹杂物均匀分布；随着冷却速率的增加，夹杂物数量增加，尺寸变小，当控制在目前薄板坯条件下，半径为0．58μm、含量为10^-5量级的夹杂物可弥散分布于钢中，有利于性能的改善。     

AZ31B镁合金TIG焊缝金属夹杂物的微观尺度分析

主要研究了AZ31B镁合金采用TIG焊焊缝金属夹杂物的形成机理和组织成分,并讨论了夹杂物对焊接接头宏观物理性能的影响。分别通过金相分析和扫描电镜分析了金属夹杂物的形成机理和分布规律,并通过显微硬度仪与纳米压痕仪分析了金属夹杂物给焊缝性能带来的影响。研究表明:AZ31B镁合金母材由α-Mg基体和固溶其中的层片状的β相组成,焊接热过程使得共晶产物固相线发生偏移,合金元素与Mg的共晶产物集中析出于晶界,形成了金属间夹杂物;同时,焊接过程中产生的氧化物也形成了夹杂,金属间夹杂物对焊接接头的硬度有一定提高,但强度有所降低,且易形成焊接缺陷。     

DZ125合金返回料夹杂物分析

利用SEM、能谱仪等系统分析了DZ125合金返回料夹杂物的种类、分布。结果表明,在返回料表面夹杂物主要有HfO_2、Al_2O_3、SiO_2等氧化物和参杂在异常长大的MC上的碳氮硫混合夹杂物;在返回料内部夹杂物主要有Mg-Al-Si-Hf混合氧化夹杂和纯净的HfO_2夹杂等。结合合金的生产工艺和元素氧化自由能曲线,解释了返回料内外夹杂物的生成机制:表面夹杂物是合金与辅助材料SiO_2发生氧化反应产生,内部夹杂物主要有辅助材料掉落、氧化内生和原料遗留三种产生方式。     

薄带中纳米级含Ti氧硫复合夹杂物复合机理研究

利用透射电子显微镜(TEM)对含Ti氧硫复合夹杂物进行成分和结构测定,利用Aziz模型计算钢液凝固时固液界面的溶质分布规律,并辅以热力学计算确定复合夹杂物的析出顺序。结果表明:含Ti氧硫复合夹杂物的形态为壳层结构:TiO2为核心,Fe2SiO4在核心外进行包裹,MnS附着析出在包裹膜上;钢液凝固时非金属元素在固液界面前沿的溶质分配较金属元素更易受影响;含Ti氧硫复合夹杂物在凝固时各物质的析出顺序为TiO2→Fe2SiO4→MnS。     

Ta在Ti-6Ta合金铸锭中的分布特征

采用传统的低倍酸浸法和化学分析法,观察和研究了真空自耗电弧熔炼Ti-6Ta合金中高熔点Ta夹杂物和Ta的分布特征。结果表明,铸锭中未发现Ta夹杂物和区域性偏析。Ta的分布有些不均匀,在铸锭中部的R/2处,含Ta量稍高,呈现负偏析特征,这与Ta元素本身固有特征和液态合金的凝固速度有关。     

气体保护熔炼条件下Mg-Gd-Y-Zr合金的夹杂物

本文研究了气体保护条件下,常规熔铸的Mg-Gd-Y-Zr合金中夹杂物的形貌、分布及形成原因,并通过计算分析了夹杂物的沉降行为.结果表明,Mg-Gd-Y-Zr合金中有MgO或Y的氧化物为主的球状、簇状、不规则状、线状的复合夹杂物和含熔剂夹杂物,夹杂物的平均尺寸为12.7μm,平均体积分数为0.26%.夹杂物出现的频率随其尺寸增大而急剧减小,尺寸在20μm以下的夹杂物占夹杂物总体积接近85%,尺寸在45μm以下的夹杂物占96%.计算结果表明,夹杂物沉降速率与其尺寸和密度相关;夹杂物密度增大,可使镁合金中夹杂物的最大尺寸减小,计算得到的合金中最大夹杂物的尺寸与实验结果基本一致.     

钛微合金化对Q345D钢冲击韧性影响的探讨

探讨了Q345D钢中TiN夹杂物的形成及控制,通过试验研究了钛微合金化Q345D钢的低温冲击韧性。结果表明Q345D钢TiN夹杂是在钢凝固或浇注时通过两相区时形成的,通过热处理无法消除钢中的大块TiN夹杂物,将严重影响Q345D钢的冲击韧性。为了使Q345D钢的冲击性能达到理想指标,可以通过缩短冶炼和凝固过程中钢液通过两相区的时间,减少凝固前TiN的富集,并应该将Q345D钢中的Ti含量控制在0.01%~0.03%之间。     

球墨铸铁中含Ti夹杂物的研究

借助扫描电镜观察球铁中夹杂物并对其进行能谱分析,结合热力学计算结果研究了球铁中钛元素的热力学、动力学行为和含Ti夹杂物的组成、形貌、尺寸及分布状态.结果表明:在1 373～1 873 K,球铁中能够形成TiC、TiN、TiS、TiO2、Ti2O3和Ti3O5夹杂物,其中氧化物最易形成,其次为硫化物、氮化物和碳化物;球铁中存在TiC单相夹杂物,Ti-La-Ce-Mg-C-N-S稀土复相夹杂物和Ti-Mg-Si-C-N、 Ti-V-Si-C等复相夹杂物,夹杂物以多边形为主,尺寸在1～3 μm,分布在珠光体与铁索体基体中,少量夹杂物分布在晶界处.在钛与稀土元素的中和反应和含钛氧化物与碳的还原反应共同作用下,球铁中能形成大量富集稀土元素的含Ti复相夹杂物.     

包钢U75V重轨钢夹杂物演变规律分析

为了研究重轨钢冶炼过程中夹杂物的演变规律,以U75V重轨钢为研究对象,通过全流程取样,分析了夹杂物的组分、尺寸、数密度等变化特征。研究结果表明,硅铁等合金中的残余元素对重轨钢中的非金属夹杂物有重要影响。此外,本研究对重轨钢典型夹杂物的演变规律有了明确的认识,有效识别了冶炼各个工序的夹杂物去除能力,并找到了限制性的环节。     

高钛低碳钢中Nb、Ti的析出行为

通过热力学计算和实验观察,对一种高钛含铌钢中Nb、Ti的析出行为进行研究.结果表明:实验钢中的铌的氮化物和碳化物在液相和凝崮过程中不能生成;氮化钛在凝同过程中析出,碳化钛在凝固末期形成;在奥氏体相中,实验钢中的Nb、Ti碳氮化物析出的先后顺序为TiN>Nb(CN)>NbC>TiC;铸坯中的析出相主要为氮化钛,而成品板材的二相粒子均为Ti、Nb复合的C、N化物.     

GH4700镍基合金中Al_2O_3和TiN复合析出行为分析

研究了GH4700镍基合金中TiN夹杂物的析出行为。结果表明,TiN夹杂物分为纯TiN夹杂物和Al2O3-TiN复合夹杂物两类。其中Al2O3-TiN复合夹杂物的析出是自发进行的,所以其数量多于纯TiN析出物。