电渣重熔连续定向凝固Rene88DT合金组织与偏析行为（英文）

利用电渣重熔连续定向凝固技术(ESR-CDS)成功制备了Rene88DT高温合金铸锭。借助于金相显微镜,带有能谱的扫描电镜以及透射电镜,对电渣重熔连续定向合金Rene88DT铸锭进行分析,并与传统电渣铸锭进行了对比。研究结果显示,电渣重熔连续定向凝固合金Rene88DT铸锭消除了最为严重的中心偏析,中心偏析在传统电渣铸锭中是普遍存在的,这种偏析存在于柱状晶与等轴晶交界处或者柱状晶之间相互交界面处。此外,电渣重熔连续定向凝固合金二次枝晶间距较传统电渣铸锭小,析出相尺寸也较小。由于微观偏析程度的降低,使得合金在经过1200℃,24 h后的热处理即可达到均匀化效果。夹杂物统计结果显示,电渣重熔连续定向凝固合金夹杂物最大尺寸为5.89μm,与传统电渣合金和粉末合金相比夹杂物数量降低60%。电渣重熔连续定向凝固合金宏观偏析和夹杂物水平的降低可提高热加工塑性,为铸和锻工艺实施提供基础。     

Cr20Ni80电热合金铸锭与电渣锭的对比研究

研究了电渣重熔对Cr20Ni80铸锭组织和力学性能的影响。结果表明,电渣重熔后铸锭大头柱状晶区的范围扩大,中心等轴晶区所占比例为半径的1/2左右;小头靠近型壁的细晶粒区范围扩大,柱状晶范围扩大,晶粒出现一定的圆度。扫描电镜分析结果表明,铸锭中夹杂物主要有5类,其中以第3类夹杂物为主要夹杂物;夹杂物在上浮过程中被结晶雨所捕获并沉降到底部。电渣重熔后,锭子的夹杂物面积比减小了48.3%,并且分布更加均匀。其塑性提高了8~9倍,韧性提高了5~6倍。     

熔炼工艺对C-Cr-Ni-Mo-Co系新型不锈钢夹杂物类型与元素偏析的影响

分别采用真空感应炉(VIM)和真空感应+电渣重熔+真空自耗(VIM+ESR+VAR)的熔炼方法制备了一种新型高强度不锈钢,并通过Aspex Explorer、电子探针、扫描电镜等手段对钢中夹杂物及偏析程度进行了研究。结果表明,VIM工艺熔炼的铸锭中夹杂物以Al_2O_3、Cl盐类为主,尺寸在0~20μm,并含有少量Al-Mg尖晶石与硫化物;VIM+ESR+VAR工艺熔炼的铸锭中夹杂物种类与前者相近,但其尺寸明显小于前者,尺寸为0~10μm,铸锭中并未发现Cl盐类夹杂物。两种工艺熔炼的铸锭中枝晶偏析规律较相似,Mo、Cr元素在枝晶间偏析,C元素在枝晶干偏析,VIM+ESR+VAR相对VIM工艺能够较好地改善铸锭的元素偏析程度。     

Ni-Cr-Al基合金电渣重熔定向凝固铸锭的偏析行为及均匀化处理

采用电渣重熔(ESR)定向凝固(CDS)技术制备了Ni-Cr-Al基高温合金铸锭，对其元素偏析进行了观察分析，并对均匀化工艺进行了研究。结果表明，Ni-Cr-Al基合金铸锭组织均匀，一次和二次枝晶间距差别不大，平均二次枝晶间距及主要合金元素Al、Cr、Fe的偏析系数均小于传统ESR铸锭。Ni-Cr-Al基合金铸锭的最佳均匀化工艺为1150℃×15 h,经该工艺处理后，主要合金元素Al、Cr、Fe的偏析系数均趋于1.0,组织已无树枝晶形貌，γ′相更加细小且均匀分布，晶界碳化物呈分散颗粒状，有利于开坯锻造中的热加工塑性。     

静磁场下电渣重熔轴承钢的研究

在电渣重熔轴承钢的过程中施加与电流方向垂直的静磁场,研究了不同电流密度和磁感应强度对轴承钢重熔锭的凝固组织、非金属夹杂物、杂质元素含量和硬度的影响。结果表明:施加的静磁场形成电磁激振效应,能够显著细化金属熔滴,提高非金属夹杂物和杂质元素的去除效率;有利于降低枝晶间距获得细晶组织,降低合金元素的偏析;提高铸锭的力学性能,因此施加静磁场是强化电渣重熔过程的重要手段。     

搅拌磁场强度对Ti-1023合金凝固组织和Fe偏析的影响

研究了工业化制备的超大规格Ti-1023合金铸锭在不同搅拌磁场强度下的纵向凝固组织和Fe元素分布。结果表明:当磁场强度为0.001和0.003 T时,铸锭组织主要由粗大柱状晶,竹节状的小柱状晶和等轴晶组成;当搅拌磁场强度为0.002 T时,凝固组织转变为由粗大柱状晶和细小等轴晶组成。Ti-1023合金铸锭中Fe元素在不同磁场强度下遵循正偏析规律,沿铸锭长度方向Fe元素含量从底部到顶部逐渐增加,沿径向从边缘到中心逐渐增加。随着磁场强度从0.001 T增加到0.003 T,合金元素Fe的宏观偏析率呈现先减小后增大的趋势。     

激光金属成形定向凝固显微组织及成分偏析研究

利用高温合金Rene95粉末在镍基高温合金基材上进行激光多层涂覆。研究熔覆层中凝固显微组织的生长特性。基于对柱状晶向等轴晶转化理论的分析，证实通过控制工艺参数组合，可获得具有良好取向的单道多层、多道搭接多层定向凝固涂层和圆环的定向凝固试样，涂层内部的定向凝固柱状枝晶组织细密，枝晶一次间距为5－30μm，二次臂很小或者完全退化。涂层内无明显的成分偏析现象。     

基于三相模型的Al-4%Cu合金三维半连铸圆锭的宏观偏析数值模拟

本文采用基于 Eulerian-Eulerian方法的等轴晶、柱状晶以及熔体三相完全混合的凝固模型计算了三维半连铸Al-4%Cu铝合金圆锭的宏观偏析。基于热溶质对流的基础上,模型考虑了等轴晶的移动,以及柱状晶对浮游等轴晶的捕获,等轴晶和柱状晶的相互竞争生长行为。模拟结果表明铸锭底部出现了明显的锥形负偏析区(CET转变区域),铸锭中心正偏析带,毗邻中心的负偏析区,以及铸锭1/2半径处正偏析带,总的偏析形态呈现W型,与铸锭实际情况基本一致。此外,铸造速度相较于浇注温度对铸锭宏观偏析具有更大的影响。     

磁场强度对Ti-1023合金凝固组织和Fe偏析的影响

研究了工业化制备的超大规格Ti-1023合金铸锭在不同磁场强度下的纵向凝固组织和Fe元素成分分布,并对其影响进行了探讨。结果表明：当磁场强度为10Gs和30Gs时,铸锭组织主要由粗大柱状晶,竹节状的小柱状晶和等轴晶组成;当磁场搅拌强度为20Gs时,凝固组织转变为由底部粗大柱状晶和细小等轴晶组成。Ti-1023合金铸锭中Fe元素在不同磁场强度下遵循正偏析规律,沿铸锭长度方向Fe元素含量从底部到顶部逐渐增加,沿径向从边缘到中心逐渐增加。随着磁场强度从10Gs增加到30Gs,合金元素Fe的宏观偏析率先减小后增大。     

循环热处理对定向凝固Ti-46Al-6Nb合金组织和力学性能的影响（英文）

利用冷坩埚定向凝固技术制备Ti-46Al-6Nb(摩尔分数,%)合金,然后对定向凝固铸锭进行热处理,热处理温度为1330°C,热处理区间在α相单相区。研究热处理前后铸锭显微组织和力学性能的变化。结果表明:铸锭经过热处理后,大的柱状晶转变为等轴晶。随着热处理循环次数的增加,晶粒尺寸减小,这是由于发生了再结晶和小片层的大晶粒与大片层的小晶粒之间的转变。四次循环热处理能够有效地细化晶粒尺寸,使晶粒尺寸从1.33 mm降低到0.59 mm,然而片层间距从0.71μm增加到1.38μm。延长保温时间和增加热处理循环次数能够消除晶粒间和片层间的β偏析相。压缩实验结果表明,对定向凝固铸锭,平行于柱状晶生长方向的压缩强度为1385.09MPa,垂直于柱状晶生长方向的压缩强度为1267.79 MPa;铸造试样的压缩强度为1180.64 MPa,经热处理循环两次后压缩强度提高到1449.75 MPa,热处理循环4次后压缩强度提高到1527.76 MPa。循环热处理后,合金试样的断裂方式为准解理断裂。     

VAR过程中Ti-1023合金凝固组织和偏析行为的研究

采用SEM、XRD及化学成分分析等方法,分析了真空自耗电弧熔炼(VAR)过程中Ti-1023铸锭的凝固组织及相组成,研究了搅拌磁场对铸锭宏微观偏析行为的影响。结果表明,等轴晶区主要为针状和片层状的α相结构,而柱状晶区中等轴颗粒状的α相结构较多;在铸锭柱状晶和等轴晶内,Fe含量沿晶粒生长方向逐渐增加,且等轴晶内Fe的偏析程度要大于柱状晶内的;施加搅拌磁场后,Fe在柱状晶和等轴晶内的偏析程度都有所减小,同时Fe在Ti-1023铸锭中的宏观偏析程度降低,这对该合金中β斑的形成具有重要的影响。     

超高纯AlSi1铸锭反偏析研究

通过实验研究了AlSi1铸锭反偏析现象.采用真空感应炉熔炼、石墨模铸造获得高纯AlSi1合金铸锭.利用电感耦合等离子体发射光谱仪分析铸锭中Si成分分布,采用间隙气体分析法分析铸锭气体含量,使用光学显微镜观察了铸锭金相组织.研究发现,铸锭含气量非常低的情况下,铸锭底部、中部和顶部的截面圆内都存在着明显的反偏析,铸锭中部心部区域的Si含量最低.铸锭的边部为尺寸较小的柱状晶,中部为粗大的柱状晶,细小Si析出相弥散分布,心部为等轴晶,Si析出相主要聚集在晶界附近,呈棒状,且尺寸明显长大.AlSi1熔体凝固时,先析出相Si的不断形核与长大消耗大量的Si,使得后凝固熔体贫Si,从而导致了铸锭的反偏析缺陷.     

Cr20Ni80电热合金电渣重熔微观组织研究

采用ANSYS软件研究了冷却系数对Cr20Ni80电热合金电渣重熔铸锭温度分布的影响,采用Pro CAST软件中的CAF模块研究了冷却系数以及形核过冷度对Cr20Ni80电热合金铸锭微观组织的影响,并将模拟结果与实际生产的铸锭微观组织进行了比较分析。结果表明,Cr20Ni80电热合金电渣重熔铸锭的温度随冷却系数以及形核过冷度的增加而降低,柱状晶比例逐渐增大,铸锭底部的三角形晶区域也随着扩大。实际生产的Cr20Ni80电热合金电渣重熔的铸锭组织形貌与模拟结果比较接近。     

铸铁电渣感应连续定向凝固的试验研究

将电渣重熔、感应加热、连续铸造、定向凝固技术综合到一起，桅电渣感应连续定向凝固装置，利用该装置对亚共晶成分的铸铁进行了试验研究。结果表明，电渣感应连续定向凝固方法可以稳定地进行铸铁的连续定向凝固；电渣感应连续定向凝固过程可用铸型内的温度分布来控制与监测；工艺参数的相互匹配是稳定电渣感应连续定向凝固过程的关键因素。     

2024高强度硬铝合金铸态组织及性能研究

采用金相显微镜、扫描电镜、维氏硬度计、力学拉伸试验机和涡流电导仪测试了铸锭不同位置的组织、硬度、力学性能及电导率。结果表明:2024高强度硬铝铸锭无疏松、夹杂、裂纹等铸造缺陷,铸锭偏析层厚度≤8 mm,合金的过烧温度为499.1℃,铸锭边部和心部位置成分偏析≤0.01%。铸锭径向截面中心、R/2和R位置的晶粒度依次为2、2和2.5级,晶粒平均尺寸依次为172、161和143μm。合金组织出现大量发达枝晶,连续枝晶网格显著,甚至出现了二次枝晶。铸锭中心、R/2和R位置的电导率变化不大,但硬度和拉伸力学性能均呈现出铸锭R位置较大、中心位置较小的趋势。     

冷却条件对TC6合金温度场和Cr偏析的影响

采用多场耦合重熔工艺仿真软件MeltFlow-VAR建立数值模型,研究了工业化大规格TC6合金在不同冷却条件下的温度场和Cr元素偏析行为,并通过制备Ф640 mm规格TC6合金铸锭进行验证。模拟结果表明：增大铸锭和坩埚间的换热后,铸锭熔池和糊状区深度变浅,整体呈现自下而上的顺序凝固,Cr元素偏析范围及整锭极差减小。结合实验验证表明：采用壁厚减薄的异形坩埚加强冷却后,凝固组织转变为全柱状晶,有利于减轻偏析,得到成分均匀性较高的铸锭。     

金属型球铁磨球凝固时偏聚物和夹杂定位的研究

金属型球铁磨球凝固时存在非平衡异晶相。它不参与柱状晶成形,以自身晶相形态结晶,一部分被柱状晶偏聚到最后凝固区(LTF)的夹杂团块上。非平衡溶质La偏析在局部晶界上,而多数La汇集成夹杂团块。偏聚物和夹杂团块最后分布在柱状晶-等轴晶间的过渡区上。     

基于成分均匀化的层状铸造方法的实验与模拟研究

提出了一种可降低铸锭宏观偏析的铸造工艺:层状铸造(layer casting,LC)。将铸锭分为数个甚至数十个浇包逐次间隔浇注,使每包次浇入的金属液依次、逐层凝固,从而达到降低铸锭中宏观偏析的目的。采用实验与数值模拟相结合的手段验证该工艺的可行性和适用性。分别采用传统铸造工艺和层状铸造工艺制备Al-4.0%Cu(质量分数)小铸锭,采用直读光谱仪测量铸锭中心截面处Cu含量并绘制出对应的宏观偏析图。实验结果表明:采用传统铸造工艺制备的铸锭出现明显的宏观偏析,包括铸锭底部严重的负偏析和顶部正偏析;而采用层状铸造工艺制备的铸锭没有出现大范围严重的宏观偏析,铸锭中心线上最小负偏析和最大正偏析分别降低了24.6%和77.2%,说明层状铸造工艺可一定程度改善铸锭宏观偏析。同时,采用柱状晶-等轴晶混合三相凝固模型对100和13 t钢锭的传统铸造工艺以及层状铸造工艺的宏观偏析的形成进行数值模拟预测。模拟结果表明:采用层状铸造工艺可有效改善大型钢锭中的宏观偏析,并且随着钢锭尺寸的增大,该工艺对宏观偏析的改善效果愈加明显。并对层状铸造工艺抑制宏观偏析的作用机理进行了分析。     

电渣重熔M2高速钢共晶碳化物控制研究

采用普通电渣重熔工艺和新型抽锭式电渣重熔工艺制备M2高速钢,研究了熔池深度与局部凝固时间等参数对高速钢铸锭共晶碳化物形貌和类型的影响.结果表明,电渣重熔工艺不改变碳化物类型,两种工艺制备的M2铸锭都存在M6C、MC、M2C三种类型的碳化物.抽锭式电渣重熔工艺通过有效控制电渣锭直径(D=120 mm)、熔速(11 mm/min)及熔池深度(h=50 mm),减少局部凝固时间,促进平直层片状共晶碳化物转变为离异棒状、粒状碳化物,碳化物平均晶粒尺寸小于50 μm.加快冷却速度会降低组织中共晶碳化物的质量分数,同时也会降低共晶碳化物中强碳化物形成元素如W、Mo、V的含量,使更多碳化物及合金溶于基体中.     

ИЗМЕНЕНИЯ ОКСИДНЫХ ВКЛЮЧЕНИЙ ПРИ ЗЛЕКТРОШЛАКОВОМ ПЕРЕПЛАВЕ

制定了在电渣重熔时截取过渡过程金属熔滴的方法。研究了滾珠鋼电渣重熔过程中熔滴形成、通过渣层过渡、处于金属熔池等三个阶段鋼中氧化物夹杂的变化以及工作电压对重熔钢氧化物夹杂評級的影响,結果表明:电渣重熔过程中,氧化物夹杂的大量去除主要是由于强烈的渣鋼作用而非夹杂在金属熔池內的浮升;在一定范围內,提高工作电压导致重熔鋼氧化物夹杂評級降低。另外,作者根据重熔前后夹杂尺寸、成分及数量的显著变化,指出:在一定条件下,自耗电极中原始夹杂可基本去除,重熔鋼中的氧化物夹杂主要是金属熔池冷却結晶过程中新生成的。金属氧化程度及結晶条件对重熔钢純洁度具有决定性作用。