Mo_2FeB_2基金属陶瓷液相烧结过程中硬质相晶粒生长的蒙特卡罗模拟

采用反应硼化烧结法制备了Mo_2FeB_2基金属陶瓷,通过蒙特卡罗模拟方法对Mo_2FeB_2基金属陶瓷在液相烧结过程中硬质相晶粒的生长进行了研究。模拟中分析了蒙特卡罗步、液相体积分数和固液界面能对硬质相晶粒形貌的影响,并通过扫描电镜(SEM)研究了Mo_2FeB_2基金属陶瓷显微组织中硬质相晶粒的形貌。将模拟结果同实验结果进行了对比,结果表明:硬质相晶粒生长受界面反应控制。硬质相晶粒平均长径比增大主要来源于高温液相烧结过程中硬质相不同晶面与液态粘接相之间的固液界面能的相对较大的差值。修正后的模拟结果与实验结果具有较好的一致性。     

高温高压烧结金刚石-铜复合材料的研究

采用高温高压烧结工艺制备了金刚石体积分数为80%的金刚石-铜复合材料。研究了金刚石颗粒大小、烧结温度、烧结时间等因素对复合材料成分、界面状态和热导率的影响。结果表明:金刚石颗粒直径为80μm时,在高温高压条件下可获得热导率高达639 W.m-1.K-1的金刚石-铜复合材料。当金刚石体积分数一定时,存在一临界粒径,随金刚石颗粒直径增大复合材料热导率先增大后减小。恰当的烧结温度和时间有助于获得黏结良好的界面和高热导率。     

液相量对粉末冶金Al-Si-Cu-Mg合金的组织与性能的影响

研究Al-15Si-2.6Cu-0.57Mg合金在烧结过程中液相量随烧结温度和烧结时间的变化,以及液相量对合金组织与性能的影响。结果表明,冷压坯以10℃/min升温至560℃烧结1h为最优实验参数。冷压坯以10℃/min升温至560℃时含有体积分数为13%的液相,此温度下保温40min后液相量趋于稳定,随着烧结时间继续增长,液相更加均匀地分布在合金中,同时560℃下烧结1h后合金致密且抗拉强度最好。冷压坯升温过程中约在500℃开始出现θ相回溶,Q相在510℃开始回溶,至535℃完全消失,这些相的回溶使元素溶解度增加,降低固相向液相转变的起始温度,从而促进液相的转变和液相量的增加。     

铸造烧结TiC钢结硬质合金/多元低合金钢复合界面及组织的研究

在研究烧结坯体压制工艺和铸造烧结工艺的基础上,采用铸造烧结法在多元低合金钢基体上,复合了2～4mm厚的铸造烧结TiC钢结硬质合金层.利用扫描电子显微镜和XRD等方法研究了烧结结合界面以及复合层组织和成分.结果表明:铸造烧结TiC钢结硬质合金复合层与基体材料结合界面存在明显的过渡层,为冶金结合;铸造烧结层中硬质相主要为TiC颗粒,其形状近似球形,颗粒直径在0.5～2 μm,体积分数约为50％～60％,均匀分布在粘结相中;粘结相为Fe-Cr的固溶体,含有少量Cr3C2和Cr7C3等烧结过程中形成的碳化物.     

W-Cu液相烧结体系致密化行为的模拟

基于流体流动模型和液相烧结作用力模型,对液相烧结第一阶段中(液相生成与固相颗粒重排阶段)液相Cu对固相W颗粒的润湿情况及颗粒的重排和密实化行为进行模拟。本模型包含Navier-Stokes(N-S)方程、区分气-液两相流的VOF方程及颗粒所受作用力(毛细力和黏性力)方程。使用二维非定常分离隐式PISO算法求解N-S方程,描述流体流动行为;求解VOF方程以区分气-液两相流;根据颗粒所受作用力编制颗粒运动自定义程序,控制颗粒运动,描述固相颗粒在毛细力牵引及黏性力共同作用下的运动。分析烧结过程液相对固相颗粒的润湿行为及液相烧结第一阶段密实化规律。探讨润湿角、颗粒间距对毛细力大小的影响,并结合具体烧结模型研究烧结体系颗粒尺寸对密实化速度的影响及不同初始液固比与烧结体系最终孔隙率的关系。最终将模拟结果与理论分析结果进行对比,两者基本一致。     

热处理过程中SiCp/2024Al基复合材料的微观组织演变

采用真空热压烧结工艺在580℃下制备了35%(体积分数)SiCp/2024铝基复合材料,利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、能谱(EDS)、高分辨透射电镜(HRTEM)对复合材料热处理过程中微观组织进行了表征,研究了热压烧结后复合材料的析出相的微观结构以及析出相在热处理过程的演变规律。结果表明,热压烧结后复合材料中存在许多粗大析出相颗粒,包括Al4Cu9,Al2Cu,Al18Mg3Mn2,Al5Cu6Mg2和Al7Cu2Fe。随着固溶温度的提高,粗大析出相颗粒逐渐回溶到Al基体中,当固溶温度达到510℃时,粗大析出相颗粒几乎全部回溶到基体中,但还存在少量的难溶相。复合材料经510℃固溶2 h+190℃时效9 h后,除了少量的难溶相,许多圆盘状纳米析出相Al2Cu和棒针状纳米析出相Al2Cu Mg弥散分布于基体中且与基体的界面为错配度较小的半共格界面,圆盘状纳米析出相的直径为50~200 nm,棒针状纳米析出相长度为100~150 nm。     

热压烧结SiCp/ZL101A复合材料显微组织研究

采用真空热压烧结在不同工艺参数下制备SiC颗粒体积分数分别为10%,20%,30%,40%的SiCp/ZL101A复合材料,研究烧结温度、保温时间等工艺参数对SiCp/ZL101A复合材料显微组织的影响以及SiC含量对SiC颗粒在基体ZL101A中分布均匀性的影响,同时对SiCp/ZL101A复合材料界面进行透射电镜显微分析。结果显示,随着烧结温度的增加,组织致密度增加,气孔数量及尺寸减小;保温时间的增加导致复合材料平均晶粒尺寸的增加;随着SiC颗粒体积分数的增加,SiC颗粒在基体ZL101A中分布均匀性变差;固相烧结法制备的SiCp/ZL101A复合材料中没有出现界面反应现象。     

MODELING OF DENDRITIC STRUCTURE AND MICROSEGREGATION IN SOLIDIFICATION OF AL-RICH QUATERNARY ALLOYS

建立了基于元胞自动机(CA)和热力学相平衡计算引擎(PanEngine)的二维耦合模型, 并应用于铝 基四元合金枝晶组织和微观偏析的数值模拟. 在该耦合模型中, 采用CA方法模拟枝晶组织的演变. 以固/液界面的平衡液相线温度和实际温度的差值作为枝晶生长的驱动力, 同时考虑了固/液界面曲率的Gibbs-Thomson效应. 通过求解溶质传输方程获得固/液界面处三种溶质的液相成分, 耦合PanEngine获得固/液界面处的平衡液相线温度及三种溶质的平衡固相成分. 为提高计算效率, 采用预制数据表格的优化策略将CA与PanEngine进行耦合. 将Al-4.5Cu-0.5Mg-1Si(质量分数, %)四元合金凝固时的固相分数随温度的变化以及固相分数和固相成分分布关系的模拟结果与Scheil模型和平衡凝固模型的预测结果进行了对比, 结果表明, 该模型不仅可应用于模拟多元合金中的枝晶生长形貌, 而且能对铝基四元合金系凝固的微观偏 析进行定量预测.     

二次加热过程中半固态AZ31镁合金的显微组织演变

利用波浪形倾斜板振动技术制备AZ31镁合金半固态坯料,获得较为理想的球形或近球形晶粒组织。结果表明:随二次加热温度的升高和保温时间的延长,半固态组织中的液相体积分数增大,固相逐渐长大并球化;AZ31镁合金580℃和610℃时二次加热组织均不适合半固态触变成形;适合触变成形的二次加热最优工艺为590℃保温40～60 min、或者600℃保温30 min;此条件下获得的平均晶粒直径为58～61μm,固相率为87%(体积分数)左右。晶格扩散机制对二次加热原子扩散起主导作用,是造成合金固相颗粒尺寸变化的根本原因;固液界面张力是造成颗粒形状球形或近球形变化的重要原因。     

铝基四元合金枝晶组织及微观偏析的数值模拟

建立了基于元胞自动机(CA)和热力学相平衡计算引擎(PanEngine)的二维耦合模型,并应用于铝基四元合金枝晶组织和微观偏析的数值模拟.在该耦合模型中,采用CA方法模拟枝晶组织的演变.以固/液界面的平衡液相线温度和实际温度的差值作为枝晶生长的驱动力,同时考虑了固/液界面曲率的Gibbs-Thomson效应.通过求解溶质传输方程获得固/液界面处三种溶质的液相成分,耦合PanEngine获得固/液界面处的平衡液相线温度及三种溶质的平衡固相成分,为提高计算效率,采用预制数据表格的优化策略将CA与PanEngine进行耦合.将Al-4.5Cu-0.5Mg-1Si(质量分数,%)四元合金凝固时的固相分数随温度的变化以及固相分数和固相成分分布关系的模拟结果与Scheil模型和平衡凝固模型的预测结果进行了对比,结果表明,该模型不仅可应用于模拟多元合金中的枝晶生长形貌,而且能对铝基四元合金系凝固的微观偏析进行定量预测.