电磁冶金技术研究新进展

电磁冶金技术是高品质钢生产的必备手段。本文综述了近年来电磁冶金技术的发展,围绕连铸的全流程,包括中间包电磁净化钢液、水口控流、结晶器内电磁搅拌和电磁制动等磁场控制流场、电磁软接触结晶器连铸、电磁场调控凝固组织、电磁场下固态相变及组织控制在内各方面,阐述了电磁场作用的机理,分析了应用电磁场技术的原理和特点,在电磁场控制流场领域提出了多模式定制磁场的概念,以满足高品质钢连铸中复杂状态的要求。在静磁场控制凝固组织领域提出应用强磁场热电磁力的新原理,并指出电磁冶金技术的发展需结合大数据的人工智能以更好发挥作用。     

液态金属喷淋冷却定向凝固设备的研制

高温度梯度是控制高温合金定向凝固组织的重要参数。为了获得高的温度梯度，基于液态金属喷淋冷却定向凝固技术，设计并建造了一套通过喷淋液态锡使高温合金定向凝固的设备。热流分析发现，液态金属喷淋冷却定向凝固技术的热流密度比传统的高速凝固技术提高了47%。采用DZ22高温合金进行了喷淋液态锡使之定向凝固的试验。结果表明：在液态锡喷淋冷却条件下定向凝固的?15 mm DZ22高温合金试样枝晶组织细小，三次枝晶发达，这是液态锡喷淋冷却提高了温度梯度所致。     

氮化硅陶瓷的无压烧结工艺优化及性能研究

以α-Si3 N4为原料,Y2 O3和MgO为复合烧结助剂,通过无压烧结制备出氮化硅陶瓷。为了优化实验配方和工艺参数,采用正交实验研究了成型压力、保压时间、保温时间、烧结温度、烧结助剂含量以及配比对氮化硅陶瓷气孔率和抗弯强度的影响规律。结果表明,影响氮化硅陶瓷气孔率的主要因素是烧结助剂含量和配比,而影响其抗弯强度的主要因素是烧结助剂配比和烧结温度。经分析得出,最佳工艺参数为成型压力16 MPa,保压时间120 s,保温时间2 h,烧结温度1750℃,烧结助剂含量12wt％,烧结助剂配比1∶1;经最佳工艺烧结后的氮化硅陶瓷,相对密度为94．53％,气孔率为1．09％,抗弯强度为410．73 MPa。     

热固性硅树脂压注法制备多孔硅基陶瓷型芯研究

以石英玻璃粉为基体, 热固性硅树脂为增塑剂, 利用压注方法制备了多孔硅基陶瓷型芯, 研究了烧结温度和保温时间对样品性能的影响。研究结果表明: 随着烧结温度的升高, 反玻璃化进程加快, 在烧结温度1250℃, 随着保温时间的延长, 玻璃相发生了转变, 逐渐析出方石英, 且含量不断增加; 样品的线收缩率和失重随烧结温度的升高略微增加, 但烧结时间的影响较小。样品的失重主要是由于硅树脂的分解引起的。在1250℃烧结10 h后, 得到样品的收缩率为0.93%, 显气孔率为32.8%, 抗弯强度为9.08 MPa。     

抽拉速率对DD5单晶高温合金定向凝固组织及偏析的影响

研究了高速凝固条件下抽拉速率对DD5单晶高温合金定向凝固组织的影响。结果表明：随着抽拉速率的增大,DD5合金枝晶组织逐渐细化,一次枝晶间距减小;偏析程度加重;γ′相尺寸减小且趋于规则的立方状,枝晶干γ′相的尺寸小于枝晶间;γ/γ′共晶含量、碳化物含量和显微疏松随抽拉速率增大而增加,而γ/γ′共晶和碳化物的尺寸减小。     

聚乙烯醇纤维增强水溶性型芯的制备与性能

以云母粉、NaHCO₃为填料,聚乙二醇为黏结剂,聚乙烯醇（polyvinyl alcohol, PVA）纤维为增强材料,利用热压注法制备了水溶性型芯,研究了PVA纤维含量对水溶性型芯性能的影响。结果表明：随着PVA纤维含量的增加,水溶性型芯的抗弯强度和水溶速率都呈先增大后减小的趋势;当PVA纤维质量分数为1.0%时,型芯的抗弯强度最高,为17.01 MPa;当PVA纤维质量分数为0.5%时,型芯的水溶速率最大,为1.52×10^-3 g/s。同时,随着纤维含量的增加,型芯的抗吸湿性提高。此外,采用扫描电子显微镜分析了型芯断口的微观形貌,并探究了PVA纤维增强水溶性型芯性能的作用机制。     

不同拉速对变截面DZ417G高温合金定向凝固组织的影响

采用变截面形状的坩埚,研究DZ417G高温合金在不同拉速下定向凝固组织的变化情况,发现在低于150μm/s的拉速下,变截面对凝固组织影响很小,凝固组织生长具有良好的延续性,变截面处杂晶的形成起源于小截面段枝晶尖端破碎从而产生杂晶,截面变大时促进了杂晶的生长;在250μm/s的拉速下,变截面处存在足够大的横向温度梯度,凝固组织在变截面处产生杂晶。     

交变磁场对多晶纯铝位错密度及显微硬度的影响

研究了交变磁场对退火的形变多晶纯铝位错密度及显微硬度的影响。结果表明:在交变磁场中退火后纯铝试样的衍射峰半高宽(FWHM)及显微硬度增加,且半高宽及显微硬度随磁感应强度的增加而增加。交变磁场产生的磁压和位错芯膨胀效应对位错密度的影响很小。位错密度的变化主要归因于磁致塑性效应的作用,即:在交变磁场作用下,位错芯与障碍物之间的相互作用由低能态的单重态转变为高能态的三重态,位错更容易从钉扎处逃逸,促进位错运动。这一效应导致形变纯铝的XRD衍射峰变宽,位错密度增加,硬度提高。     

CMSX-4单晶高温合金在不同温度下的低周疲劳行为

研究了单晶高温合金CMSX-4在中温760 ℃和高温950 ℃下的低周疲劳行为。结果表明：在760 ℃下合金具有较长的疲劳寿命和较高的疲劳强度,断裂后断面高度差大并与应力轴方向呈45°角,裂纹沿着{111}面扩展;而在950 ℃下合金具有较短的疲劳寿命和较低的疲劳强度,断面与应力轴垂直,裂纹沿着{001}面扩展。低周疲劳断口的扫描电镜结果表明, 760 ℃试样表面的微孔是主要的疲劳源,而950 ℃试样表面的氧化层是主要的疲劳源且呈现多源开裂。低周疲劳断口的透射电镜结果表明,中温760 ℃下位错具有的平面滑移和波状滑移的变形机制,是由位错的平面滑移向波状滑移转变的过程;而高温950 ℃下位错主要通过交滑移和攀移进行运动。     

纵向磁场对不同尺寸定向凝固高温合金DZ417G组织的影响

进行了外加纵向静磁场下高温合金DZ417G的定向凝固实验,考察了纵向磁场对不同尺寸试样凝固组织形貌的影响.结果显示,在温度悌度为70℃/cm,抽拉速率为5μm/s时,施加磁场后一次枝晶间距减小,并在试样边缘出现等轴晶组织;随着试样尺寸的增大,在试样边缘和中心的柱状枝晶组织遭到破坏,形成等轴晶组织,且出现"斑状"偏析.这些现象可归结为磁场在固/液界面前沿合金熔体中诱发的热电磁对流(TEMC)所致.