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.     

稀土元素和浇注温度对Al-4.5Cu合金初生相形貌的影响

研究了不同稀土(RE)加入量和浇注温度对Al-4.5Cu合金初生相形貌的影响.结果表明:添加微量的RE并降低合金的浇注温度,可获得非枝晶组织的半固态Al-4.5Cu合金坯料;添加了0.5%RE的合金,随浇注温度的降低,其初生相由树枝晶转变成细小的球状晶粒;当浇注温度为660℃,随RE加入量的增加,合金的初生相由等轴枝晶转变成细小的蔷薇状晶体,最后转化为球状晶粒;未添加RE的合金,随浇注温度的下降,其初生相由发达的树枝晶转变成等轴枝晶.     

冷却速率对Al-Si-Mg三元合金凝固过程的影响

试验研究了冷却速率对Al-2.06%Si-1.58%Mg三元合金凝固过程的影响.同时通过热力学计算预测了不同冷却条件下Al-2.06%Si-1.58%Mg三元合金的凝固路径和相析出规律.试验及计算结果均表明,改变凝固速率可使Al-2.06%Si-1.58%Mg合金的凝固过程按照不同的路径进行,从而达到控制析出相种类的目的.在低的冷却速率下,相析出规律为:L→L1 Fcc_A1→L1 Fcc_A1 Si→L1 Fcc_A1 Si Mg2Si,而在较高的冷却速率下,相析出规律为:L→L1 Fcc_A1→L1 Fcc_A1 Mg2Si→L1 Fcc_A1 Si Mg2Si.     

定向凝固Al-38.5%Cu合金中Al_2Cu相的小平面特性

采用定向凝圊技术,研究了Al-38.5wt%Cu合金中,Al2Cu相的生长行为.结果发现,在凝同速度较低时,过共晶Al-Cu合金中初生Al2Cu相形貌大部分有明显的拐角,观察其平面,有的呈矩形,呈现小平面生长特性,随着凝同速度的提高,初生Al2Cu相的结晶特性由小平面向非小平面转化;而а-Al相与Al2Cu相共生生长时.Al2Cu相择优生长特性消弱,与а-Al相耦合生长,呈现非小平面一非小平面生长.     

冷却速率对Mg-Gd-Y-Zr合金凝固组织的影响

通过改变凝固过程中的冷却速率,研究了冷却速率对Mg-Gd-Y-Zr合金凝固组织与成分微观偏析的影响.随冷却速率提高,合金组织明显细化,初生相形貌由粗大等轴枝晶逐渐向细小树枝晶转变,合金凝固过程中形核率增加,合金晶粒尺寸逐渐减小;冷却速率的提高可以降低溶质元素的扩散速率,从而增加合金元素在枝晶干中的固溶度,减轻凝固过程中合金元素Gd与Y的微观偏析,同时使凝固过程中形成的共晶减少,共晶组织分布更加弥散、均匀.     

结晶过程中合金粉末的加入对Al-Cu合金凝固组织的影响

在固液混合铸造工艺中,将Al-20Cu合金粉末分别加入到Al-20Cu和Al-40Cu合金熔体中制备了合金坯料。采用JSM-6700F扫描电子显微镜对合金坯料的显微组织进行观测。研究结果表明:Al-20Cu粉末加入对粉末周围的Al-20Cu合金基体初生相、共晶组织和二次析出相有明显的细化作用,越靠近未熔粉末,基体中的初生相越细小,共晶组织的片间距越小。固液混合铸造Al-40Cu合金坯料中未熔Al-20Cu合金粉末与基体界面结合良好,表明固液混合铸造工艺中加入的金属粉末的成分范围可以进行扩展。     

冷却速率对Al-Sc-Zr中间合金中初始粒子形貌的影响

在不同的冷却速率下制备Al-1％Sc-1％Zr中间合金。通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和差示扫描量热仪（DSC）对中间合金初生粒子形貌和热力学性质进行研究。结果表明：初生粒子在低冷却速率时,是由一些立方、尖立方或十字花状的小粒子粘结组成的枝晶状颗粒。但是,初生粒子在中等的冷却速率时呈现分散的十字花状,在高冷却速率时呈现分散的立方状。不同冷却速率下十字花状和立方状单个粒子以及枝状晶中粘附粒子呈现Al3Sc／Al3Zr核一壳结构。通过数学模型对该结构的形成机制进行研究。     

冷却速率对A357合金凝固组织的影响

以不同冷却速率铸造A357合金试样,用光学显微镜和扫描电镜(SEM)分析其凝固组织.通过不同冷却速率下的DTA试验研究了A357合金的凝固行为;采用DSC试验研究了不同冷却速率所得试样中相的变化;测定了这些试样的微观硬度.结果表明,随着冷却速率的提高,A357合金的宏观晶粒尺寸和二次枝晶臂间距减小,共晶Si相的形态更加细小,且分布愈加弥散;合金液相线温度和二元共晶的反应温度降低,三元或四元共晶反应被抑制,合金凝固组织中Mg2Si相的析出受到抑制,微观硬度明显提高.     

成分和冷却速度对Al-xEr合金凝固组织的影响

用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了Al-xEr(x=10、20、30,质量分数,%)合金凝固组织的形貌和相结构。结果表明,在60 ℃/h的冷却速率下,Al-10Er合金中Al₃Er相为L1₂结构,尺寸约为200 μm,相与相之间以鱼骨状连接。当Er含量增大到30%时,初生Al₃Er相呈块状,尺寸约为1 mm。对Al-30Er合金,随冷却速率的降低,初生Al₃Er相由轮廓平直的L1₂结构转变为轮廓呈波浪状的hR20结构,同时共晶组织由絮状转变成条状。     

冷却速率和Mn含量对Al-Cu-Mn合金凝固组织的影响

研究了冷却速率和Mn含量对Al-Cu-Mn合金凝固组织的影响。结果表明,随冷却速率逐渐从1 K·s-1增加至106K·s-1,共晶非平衡相体积分数逐渐降低,二次枝晶的间距逐渐缩小。并且,随着Mn含量的增加,Al-Cu-Mn合金中的共晶非平衡析出相的体积分数也相应增加。     

合金成分对Al-Zn-Mg-Cu合金凝固结晶相的影响

采用Jmat-Pro热力学相图计算软件对Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的凝固过程及其结晶相形成规律进行了模拟。结果表明,Al-7.0Zn-2.3Mg-1.8Cu合金非平衡凝固过程中先后形成了Al_3Zr、α(Al)、Al_3Fe、Mg_2Si、Mg Zn_2和Al_7Cu_2Fe相。不同合金中的η(Mg Zn_2)、T (Al Zn Mg Cu)和S(Al_2Cu Mg)相的结晶温度区间分别为473.5～476℃、465～482℃和475～479℃。η(Mg Zn_2)、T(Al Zn Mg Cu)相的形成依赖于Zn/Mg比,且随着Cu含量的增加而减少。S(Al_2Cu Mg)相的生成量随Zn、Mg含量的增加而减少,随Cu含量的增加而增加。     

冷却速率对含TiB2的TiAl合金凝固组织和力学性能的影响

通过熔模精密铸造制备不同厚度的Ti-48Al-2Cr-2Nb和Ti-48Al-2Cr-2Nb-0.25TiB2合金铸板,研究冷却速率和TiB2添加对合金凝固组织和力学性能的影响.实验结果表明,当凝固速率从37增加至2×102 K/s时,合金的凝固路径并未发生改变.基体合金的晶粒从650细化至300μm,Ti-48Al-...     

对Al-Cu合金中α-Al及Al2Cu生长行为的探讨

研究了Al-Cu合金中α-Al和Al2Cu的生长行为,分析了初生α-Al及初生Al2Cu作为共晶核心形核的能力.结果发现,在过共晶组织中,初生相Al2Cu形貌大部分有明显的拐角,观察其平面有的呈矩形,呈现小面生长特性.而α-Al与Al2Cu共晶生长时,Al2Cu择优生长特征削弱,与α-Al耦合生长呈现非小面-非小面生长,表明Al2Cu在不同的生长阶段表现出的生长行为不同.在亚共晶组织中,初生相α-Al周围形成离异共晶的Al2Cu,而过共晶组织中初生相Al2Cu周围没有离异共晶的α-Al,表明初生相Al2Cu作为共晶层片核心的能力比初生相α-Al作为共晶层片核心的能力强.     

Al-Cu合金凝固成分偏析模式及3D相场模拟

基于每个单元的溶质守恒,求解了合金凝固过程中溶质的扩散方程。考虑温度分布随时间变化,在绝热和高度过冷的液相中,对Al-Cu合金枝晶生长中液相和固相溶质的再分配进行了三维计算。在固定的笛卡尔网格上开发了数值算法以显式跟踪固/液界面,并进行了枝晶形貌演变模拟。     

高温度梯度定向凝固冷却速率对DZ4125合金γ'相的影响

研究了高温度梯度定向凝固条件下冷却速率对DZ4125合金中γ'相形态、分布和尺寸的影响.结果发现,随着冷却速率的增大,合金的枝晶逐渐细化.当冷却速率达到36.4 K/s时,合金的凝固组织由粗枝晶变为超细枝晶.在此过程中,γ'相从立方形逐渐球形化,且枝晶干γ'相的球化速度比枝晶间的γ'相球化速度快.同时,枝晶干和枝晶间γ'相尺寸逐渐减小,枝晶干和枝晶间γ'相的均匀化程度增加.枝晶间γ'相比枝晶干γ'相的尺寸大,这种差别随冷却速率的增大而减小.造成γ'相在形貌和尺寸上变化的根本原因是冷却速率的变化引起γ固溶体中溶质的过饱和度ΔX,过饱和γ固溶体的过冷度ΔT,γ'相脱溶析出的临界形核功ΔG*和溶质在γ固溶体中扩散系数D的改变.     

高温度梯度定向凝固冷却速率对DZ4125合金γ′相的影响

研究了高温度梯度定向凝固条件下冷却速率对DZ4125合金中γ′相形态、分布和尺寸的影响.结果发现,随着冷却速率的增大,合金的枝晶逐渐细化.当冷却速率达到36.4 K/s时,合金的凝固组织由粗枝晶变为超细枝晶.在此过程中,γ′相从立方形逐渐球形化,且枝晶干γ′相的球化速度比枝晶间的γ′相球化速度快.同时,枝晶干和枝晶间γ′相尺寸逐渐减小,枝晶干和枝晶间γ′相的均匀化程度增加.枝晶间γ′相比枝晶干γ′相的尺寸大,这种差别随冷却速率的增大而减小.造成γ′相在形貌和尺寸上变化的根本原因是冷却速率的变化引起γ固溶体中溶质的过饱和度ΔX,过饱和γ固溶体的过冷度ΔT,γ′相脱溶析出的临界形核功ΔG~＊和溶质在γ固溶体中扩散系数D的改变.     

Al-Cu合金凝固过程的模拟与分析

利用Jmat-Por软件模拟计算Al-Cu合金的凝固路径及合金中Al3(Zr,Ti)相的生成温度、生成数量随Zr和Ti元素含量变化的规律。结果表明,计算机模拟与DSC和微观组织测试结果基本一致;Al3(Zr,Ti)相的百分含量随着Zr和Ti含量的增加而逐渐上升,同时Al3(Zr,Ti)相的生成温度也随着Zr和Ti含量的增加而逐渐增加;当两种元素的含量在0.20%~0.45%之间变化时,这种相的形成温度区间为754~816℃。     

冷却速率对包晶钢凝固过程中包晶转变收缩的影响

通过高温激光共聚焦显微镜模拟观察了Fe-0.1C-0.21Si-1.2Mn (质量分数,%)包晶钢在不同冷却速率下的包晶相变过程,然后利用试样表面粗糙度变化反映了包晶转变收缩程度的不同。结果显示,冷却速率超过临界值后包晶转变能够发生快速相变,快速相变引起突然的包晶转变收缩和表面粗糙度变化。随冷却速率的增加包晶钢的包晶转变收缩呈先增加后减小的趋势,在冷却速率为20℃/s时表面粗糙度达到最大值,此时的表面粗糙度约是低冷却速率(2.5℃/s)时表面粗糙度的2.8倍。当冷却速率足够大后包晶转变收缩又开始减小,这一变化为高拉速下减少包晶钢连铸坯表面纵裂纹的发生提供了新策略。     

不同冷却速率对A356.2合金组织形貌的影响

研究了不同冷却速率对A356.2合金组织形貌的影响。采用直径为10 mm的石墨模具和铜模具浇注A356.2合金,测得冷却速率分别为5.2℃/s,113.7℃/s。研究结果表明,与石墨模具浇注相比,铜模具浇注的合金二次枝晶间距仅为8%μm左右,共晶Si颗粒更加细小,分布更加均匀,可以应用于铸造生产,解决热节处缩松及晶粒粗大问题。     

Al-Cu合金等温凝固的相场法模拟

采用相场与浓度场耦合的相场法对Al-Cu二元合金等温凝固中的枝晶长大过程进行了一维数值模拟。在模拟中，研究了搅动及不同的过冷度对枝晶生长形貌的影响，并对相场和浓度场作了对比和分析。在数值计算过程中，利用薄的界面限制条件获得了相关的相场参数，计算采用均匀网格一般显式有限差分法。计算结果显示出与实践经验相一致的各种凝固特征。