凝固速率跃迁对定向凝固Al-40%Cu过共晶合金初生Al_2Cu相的影响

采用高温度梯度定向凝固装置进行了Al-40%Cu(质量分数)过共晶合金的定向凝固实验,研究了凝固速率跃迁过程中的凝固组织演变.结果表明,当定向凝固速率从10μm/s跃迁减速到2μm/s时,由于固/液界面附近的液相成分向共晶点成分变化以及耦合共晶组织的界面生长温度高于初生Al_2Cu相的界面生长温度,合金凝固组织从初生Al_2Cu枝晶和Al/Al_2Cu共晶组织转变为全耦合层片共晶组织.组织转变过程中,板条状的初生Al_2Cu相先分解成小尺寸的初生相,然后小的初生相逐渐被共晶组织所取代,这种组织转变是凝固界面前沿液相中溶质扩散不足造成的,而不是由合金中存在的热及溶质对流引起的.在初生相生长形态中,由于凝固速率跃迁引起的界面前沿液相中Cu成分富集,造成凝固界面生长温度升高,Jackson因子α变小,Al_2Cu初生相由小平面相向非小平面相转变.     

试样尺寸对Al-4.5%Cu合金定向凝固组织和界面稳定性的影响

在传统Bridgeman方法下,利用Al-4.5%Cu合金内外同心嵌套试样,研究了自然对流对凝固过程及组织的影响。试验结果显示,温度梯度和抽拉速率均相同的定向凝固试样,尺寸较大试样的组织呈规则胞状或树枝状时,对应尺寸较小试样组织胞晶尖端发生分叉或杂乱树枝状,表明尺寸较小的试样液-固界面稳定性较差。较小试样尺寸限制了液相中自然对流致使溶质原子液-固界面处大量富集是凝固组织不规则与液-固界面不稳定的主要原因。     

试样尺寸对定向凝固Al-4%Cu合金固/液界面特征的影响

采用定向凝固方法研究不同试样尺寸对Al-4%Cu合金凝固固/液界面特征的影响.结果表明:当凝固速率v=1 μm/s时,小尺寸试样的平界面更加平直;当v=5 μm/s时,随着试样尺寸的增大,界面形态分别为浅胞-深胞一初始枝晶,同时,试样边缘的组织比中心的组织更不稳定;在相同凝固速率下,小尺寸试样的温度梯度较大,促使界面稳定性提高;试样尺寸的增大引起径向温差增大,促进溶质流动,使试样边缘产生溶质富集,从而使平界面弯曲;由于试样中心排出的溶质大部分流向界面前沿糊状区的液相中,而枝晶糊状区的液相比胞晶的多,因而形成的枝晶界面弯曲程度比胞晶的小.     

热溶质对流对定向凝固Al-Al2Cu过共晶合金组织的影响

采用垂直向下的高梯度定向凝固装置，研究了有热溶质对流的Al-38．5％Cu（质量分数，下同）过共晶合金中定向凝固组织变化。结果表明：热溶质对流造成界面前沿的溶质成分（Cu元素）沿轴向减少。在定向凝固速率为5μm／s，合金溶质成分减少到37％Cu以下时，合金定向凝固组织中，初生θ-Al2Cu相会消失，组织变为全耦合生长的共晶组织。合金凝固的固相分数（fs）≥0．49时，组织变为全耦合生长共晶组织所对应的溶质成分的理论计算结果与实验结果相吻合。     

湍流作用下过冷度对铝合金枝晶生长的影响

以改进的KKS模型为基础,通过耦合湍流情况下的流动控制方程组,模拟了紊流作用下Al-2.5%Cu合金在等温凝固过程中过冷度对枝晶生长形貌和溶质场分布的影响。结果表明,随着初始温度的升高,过冷度降低,枝晶生长速度变慢,固相和固-液界面前沿溶质浓度降低。     

湍流作用下过冷度对铝合金枝晶生长的影响

以改进的KKS模型为基础,通过耦合湍流情况下的流动控制方程组,模拟了紊流作用下Al-2.5%Cu合金在等温凝固过程中过冷度对枝晶生长形貌和溶质场分布的影响。结果表明,随着初始温度的升高,过冷度降低,枝晶生长速度变慢,固相和固-液界面前沿溶质浓度降低。     

铸态亚共晶Al-Si合金中初生硅的生长机制(英文)

利用光学显微镜和电子背散射衍射技术观察亚共晶Al-10%Si合金的微观结构特征。结果表明,在亚共晶合金内很容易发现初生硅颗粒。研究亚共晶Al-10%Si合金溶液中初生硅析出过程中的晶核形成和生长机制,发现硅原子容易偏析并形成Si-Si簇,即使在共晶和亚共晶合金内,这一现象也会导致初生硅的形成。另外,由化学驱动力和较大的堆积碰撞或溶质的凝固偏析等原因引起的溶质再分配在初生硅的形成过程中也起着重要的作用,其中溶质再分配方程由Jackson-Chalmers方程推导而出。一旦硅溶质浓度超过共晶成分,在固/液界面的前端就会析出初生硅。     

固液混合铸造Al-40%Cu合金的微观组织

利用固液混合铸造制备了Al-40%Cu合金并对合金的微观组织进行了研究。结果表明:固液混合铸造Al-40%Cu合金中的初生CuAl2多为粒状,尺寸一般为30～80μm。固液混合铸造加入的合金粉能够对Al-40%Cu合金凝固过程产生影响,从而细化合金中初生CuAl2,改善合金组织。与普通铸造和半固态铸造的相比,固液混合铸造Al-40%Cu合金中的初生CuAl2尺寸明显减小,形貌特征得到明显改善。     

Sn-Cd包晶合金定向凝固的多场耦合模拟

在有限体积软件FLUENT的基础上建立了包晶合金定向凝固的多场耦合模型,并计算了Sn-Cd包晶合金定向凝固时的温度场、流场、溶质场以及固液界面形态等特征。研究表明,试样直径是决定自然对流强度的主要因素,随着试样直径的增大,固液界面前沿熔体流速增大,径向溶质偏析程度先增强后减弱;抽拉速率增大时,自然对流强度变化较小,固液界面前沿的环流区域减小,溶质径向偏析程度减弱;试样直径越小,抽拉速率越大,试样初始过渡区长度越短。     

Al-Bi偏晶点成分合金定向凝固过程研究

对Al-Bi偏晶点成分合金(Al-3.4%Bi,质量分数)开展了逆重力方向的定向凝固实验,考察了凝固速度对合金凝固组织的影响,分析了试样凝固组织形成过程.结果表明:Al-Bi偏晶点成分合金定向凝固时在固-液界面前沿液相内形成溶质Bi富集层,并发生液-液相变,少量相液滴在Marangoni迁移、Stokes沉积和试样自身下拉运动共同作用下进行空间迁移,当凝固速度较快时,凝固界面前沿所有尺寸的少量相液滴均向凝固界面迁移,合金凝固后少量相粒子尺寸呈现单峰分布;当试样凝固速度较慢时,部分少量相液滴在长大过程中其合速度方向按:指向凝固界面-背离凝固界面-再指向凝固界面顺序随液滴尺寸变化,合金凝固后少量相粒子尺寸分布呈现2个峰;当凝固速度较快时,少量相粒子平均尺寸R随凝固速度V_0近似呈R∝V_0~(-1/2)指数关系变化,随着凝固速度的下降,R与V_0间的关系向R∝V_0~(-1/3)指数关系趋近.     

P，Zr，B对定向凝固IN738合金组织和偏析的影响SCIEI

用不同凝固速度下定向凝固和定向凝固加快淬的方法研究了Ｐ，Ｚｒ，Ｂ对定向凝固ＩＮ７３８合金组织和偏析的影响发现随磷含量的增加，合金固液两相区宽度及温度区间显著增加；凝固前沿低熔点液相区增大；树枝晶组织发达，二次晶变细、变多；固液界面表面积增加。发现只加Ｐ与同时加Ｐ，Ｚｒ合金的溶质原子偏析规律有差异。Ｐ，Ｚｒ，Ｂ促进合金中（γ＋γ′）共晶形成，在其前沿有（γ＋硼化物）共晶析出。     

Al-Si二元合金微观偏析的相场法模拟

采用耦合溶质场的相场模型模拟了亚共晶Al-2mol%Si二元合金枝晶生长过程,研究了不同过冷度条件下枝晶的生长形貌以及沿生长方向溶质浓度的分布情况,同时分析了固相溶质扩散系数对微观偏析的影响。结果表明:过冷度对溶质的分布有较大影响,过冷度的增加使凝固界面溶质的富集程度增大;增大固相溶质扩散系数,溶质的微观偏析程度减轻;计算结果与Ivantsov理论值能够较好的吻合。     

溶质扩散控制层片共晶生长

基于平界面溶质扩散假设,改进界面物质守恒边界条件求得了层片共晶稳态生长的溶质边界层.结果表明,层片共晶组织生长过程中沿生长方向的溶质边界层与沿界面方向的溶质边界层相关.对CBr4-C2Cl6透明合金系的分析表明,共晶合金层片组织生长过程中界面处液、固相平均成分的差值随凝固速率增大而增大.合金成分偏离共晶成分时,界面处液相平均成分与共晶成分非常接近.在给定的凝固速率下,共晶相界面处液、固相平均成分差值与层片宽度的比值随合金成分的不同而不同.     

定向凝固条件下K对Al—Si共晶合金的变质作用

介绍了定向凝固条件下K对Al-Si共晶合金固液界面稳定性、共晶Si形态尺寸及其生长动力学的影响,探讨了提高Al-Si合金机械性能的途径和K的变质机理。指出:(1)在强变质元素和一定凝固条件下,共晶Si由片状变为纤维状,并有向粒状转变的趋势。(2)K在Si晶体中和固液界面前沿的富集,封锁了孪晶生长台阶,降低了界面稳定性,使α相领先于共晶Si形核生长并促进Si产生孪晶分枝。     

Al-Cu-Mg-Ag-Er合金晶界相组成及生长方式

研究了Al-4.0Cu-0.45Mg-0.4Ag-0.25Er合金铸态晶界相的组成及其生长规律.结果表明:稀土Er在合金中主要以Al8Cu4Er相的形式存在,Mg和Ag固溶于α-Al.合金铸态组织由α-Al固溶体、Al8Cu4Er相和Al2Cu相组成.Al8Cu4Er相和Al2Cu相共生于α-Al固溶体晶界,形成离异型共晶组织.凝固过程中,Al8Cu4Er相优先依附于先共晶相α-Al形核,并且分别以枝晶生长和平面生长这2种方式有选择的进行生长,形成α-Al、Al8Cu4Er相和Al2Cu相的三元共晶组织.     

CA-LBM模型模拟Al-4.7%Cu固溶体合金成分分布和枝晶形貌

建立了耦合温度场、流场、溶质场的CA-LBM(元胞自动机-格子玻尔兹曼方法)数值模型,并用该模型研究了Al-4.7%Cu固溶体合金的凝固过程。模拟结果验证了模型的合理性,再现了合金凝固过程中的枝晶形貌和溶质偏析,并定量研究了自然对流、初始温度对溶质分布和微观组织的影响。研究表明,自然对流对枝晶形貌有明显的影响,使枝晶生长非对称化,即迎流方向的枝晶生长得到促进,顺流方向的枝晶生长受到抑制。初始温度对凝固进程和枝晶形貌影响较大,降低初始温度,枝晶生长加快且产生了二次枝晶,并造成枝晶尖端固液界面处溶质浓度偏高,加重了溶质偏析。     

过共晶Al-18%Si合金受控扩散凝固组织与行为

采用受控扩散凝固(CDS)技术制备过共晶Al-18%Si合金,研究其凝固组织随低温母合金温度变化的演变规律和凝固行为本质。结果表明:受控扩散凝固能抑制初生硅相的过度各向异性生长,有效改善合金凝固组织结构。采用适当温度的Al-25%Si合金(800℃)和纯Al(580℃)混合进行受控扩散凝固时,凝固组织中初生硅相分布均匀,无宏观偏析,且其平均尺寸达到42.85μm。当纯Al温度偏低时,凝固组织中初生硅相偏聚严重;当纯Al温度较高时,凝固组织中初生硅相尺寸偏大。分析表明:在受控扩散凝固过程中,固-液界面前沿形成了较小的"成分过冷",初生硅相在过冷区内趋于平界面生长。溶质原子扩散距离的平方与平衡温度成对数关系,温度愈高,扩散愈充分,宏观偏析愈少。     

一种Ni-Fe-Cr基合金的凝固特征和偏析行为研究

采用定向凝固技术结合液淬法研究了一种Ni-Fe-Cr基合金平界面和枝晶生长条件下的凝固特征和溶质偏析行为。结果表明,合金的组成相为γ基体、MC型碳化物和γˊ沉淀强化相,凝固顺序为L→L+γ→L+γ+MC→γ+γˊ+MC。平界面生长条件下淬火界面两侧溶质含量测定结果表明, Ti、Nb和Mo元素富集于液相,溶质分配系数小于1。Fe元素富集于固相,溶质分配系数大于1。Al和Cr元素在液固两相中浓度差别较小,溶质分配系数接近1。此外,固/液界面前沿存在溶质边界层,边界层内溶质原子通过扩散传输,边界层外主要借助流动传输。枝晶与平界面生长的溶质偏析行为基本一致,然而,枝晶生长时糊状区残余液相中溶质浓度与平界面生长时固/液界面前沿溶质浓度存在显著差别。枝晶生长条件下糊状区溶质偏析程度显著高于稳态生长区,固相反扩散和MC型碳化物的析出显著降低枝晶偏析程度。     

低频电磁铸造Al-4.5%Cu合金微观偏析研究

利用直接水冷半连续(常规DC)铸造工艺和低频电磁铸造(LFEC)工艺分别制备了Al-4.5%Cu(质量分数)合金铸锭. 测量了常规DC铸造和LFEC过程中的温度曲线, 研究了低频电磁场条件下的铸锭微观组织变化和Cu元素的微观偏析. 通过金相观察发现, 在低频电磁场作用下, α-Al和$\theta$相的共晶组织变得细小, 其面积分数明显减小. 利用电子探针测量结果绘制Cu元素成分曲线, 发现在凝固的最初过渡区, Cu元素的成分曲线在低频电磁场作用下升高, α-Al中Cu元素含量增加. 通过计算得到Cu元素的有效分配系数k_e, 发现在最初过渡区k_e线性增大到1. LFEC工艺使得Cu元素的k_e变大, 并且随着电流强度的增强这一趋势愈发明显. 由于低频电磁场加速了凝固前沿的冷却速度, 使更多的Cu原子固溶在 α-Al中, Cu元素在铸锭中的微观偏析得到了改善.     

凝固界面形态对单晶高温合金组织与溶质偏析的影响SCIEI

本文研究凝固界面形态对抗热腐蚀单晶镍基高温合金凝固组织与溶质偏析行为的影响。结果表明,当液-固界面形态由胞状向树枝状转化时,一次主干间距及溶质偏析程度急剧增大,而在树枝状凝固范围内则随凝固速度的增大而显著降低,一次主干间距愈大,溶质偏析愈严重,在一次主干间距达到极大值的粗树枝状组织中,在γ/γ′共晶组织前沿区域发现了一种高铬低熔点新型共晶组织。