Cu-13.5%Sn合金雾化液滴凝固过程模拟

在群体动力学的基础上,提出了描述Cu-13.5%Sn（质量分数）合金雾化液滴凝固过程的动力学模型;并将其与液滴的传热方程和运动方程相耦合,对雾化液滴的冷却凝固过程进行了模拟分析,探讨了液滴尺寸、气体初始速度、熔体过热度和初生相与异质形核基底间润湿角对液滴凝固行为的影响.模拟结果表明：本模型能够很好地描述雾化液滴的凝固过程;液滴冷却至一定温度开始形核,随后晶粒长大;液滴直径越小,冷却速度越快,液滴内晶粒数量密度就越高,凝固结束时晶粒亦越细小.形核润湿角和熔体过热度的增加,导致液滴内晶粒数量密度降低,晶粒半径增大;而气体初始速度的增加,有利于液滴内晶粒细化.     

快速冷却条件下Cu-Co合金的凝固

利用气体雾化方法研究了Cu-20%Co(质量分数)合金的快速凝固行为,获得了富Co相以微细球形粒子形式分布于基体的合金粉末.建立了Cu-Co雾化液滴快速凝固过程模型,模拟分析了雾化液滴凝固的动力学细节.结果表明:所建模型能很好地描述Cu-Co合金雾化液滴冷却凝固过程;液一液相变过程中组织演变是弥散相液滴形核、长大,碰撞凝并和空间迁移共同作用的结果;雾化液滴尺寸越大,冷却越慢,富Co相液滴的形核速率越低,凝固后富Co相的弥散度越差.     

喷射成形Al—Zn合金凝固过程模拟Ⅰ——单个液滴凝固行为

应用群体动力学方法,模拟分析了雾化条件下Al-12Zn合金液滴凝固行为和气体初始速度、熔炼温度等参数对单个液滴凝固过程的影响.结果表明,液滴凝固过程可以分为液体冷却、形核和再辉、晶粒长大和共晶凝固、固体冷却5个阶段;对于给定尺寸的液滴.提高气体初始速度或提高熔炼温度,在相同飞行距离时的固相率减少.     

Ag-Ni偏晶合金凝固过程研究

对Ag-Ni偏晶合金开展了快速/亚快速凝固实验,获得了富Ni相粒子均匀弥散分布于Ag基体的合金样品,Ag-Ni合金显微硬度随着合金Ni含量增加和试样凝固过程冷却速率升高而增大,当Ag-4.0%Ni合金液-液相变开始阶段熔体冷却速率达1800 K/s时,其显微硬度接近粉末冶金生产的Ag-10.0%Ni片状电触头的硬度。建立了描述Ag-Ni合金凝固组织演变的动力学模型,模拟计算了Ag-Ni合金凝固组织形成过程,分析讨论了合金成分和试样直径(冷却速率)对Ag-Ni合金凝固组织形成过程的影响。结果表明:富Ni相液滴/粒子形核阶段熔体的冷却速率对合金凝固组织弥散度具有决定性影响;合金的Ni含量越高、试样冷却速率越低,凝固组织中富Ni相粒子平均尺寸越大;Ag-Ni合金熔体冷却凝固时,富Ni相液滴/粒子的尺寸主要受形核和长大控制,Ostwald粗化作用很弱。     

Ag-Ni电接触材料快速/亚快速凝固过程研究

采用快速/亚快速凝固方法制备了富Ni相粒子弥散分布于Ag基体的Ag-Ni合金。建立了Ag-Ni合金凝固过程中组织演变的动力学模型,模拟计算了Ag-Ni合金凝固组织形成过程,分析讨论了合金成分对Ag-Ni合金凝固组织形成过程的影响。结果表明,合金的Ni含量越高,凝固组织中富Ni相粒子平均尺寸越大;Ag-Ni合金熔体冷却凝固时,富Ni相液滴/粒子的尺寸主要受形核和长大控制,Ostwald粗化作用很弱。     

雾化Al-Si合金液滴冷却凝固过程模拟

在群体动力学模型基础上，提出了描述雾化共晶合金液滴组织演变的数学模型，并将其与液滴的运动与传热方程相耦合，对合金的冷却凝固过程进行研究，探讨液滴尺寸对合金冷却凝固过程的影响，结合A390合金进行了计算。结果表明：随着液滴尺寸的减小，所获得的冷却速度及过冷度增大，而析出初生Si相的尺寸及体积分数减小，当液滴尺寸足够小时，液滴温度的变化趋势及微观组织将发生突变。     

连续凝固偏晶合金薄带凝固组织进化过程模拟

分析了偏晶合金薄带垂直连续凝固过程,发展了描述该条件下偏晶合金凝固组织演变的数学模型,将计算的温度场和浓度场与凝固组织演变的控制方程相耦合,模拟了Al-5Pb(质量分数．%)合金的凝固过程．结果表明．在固/液界面前存在一过冷区、弥散相液滴在此区间内形核,这些液滴在移向凝固界面的过程中进行扩散长大,随着凝固速度的提高,形核率升高,弥散相液滴的数量密度增大．平均半径减小。     

Cu-Co合金快速凝固条件下的显微组织

在落管中进行Cu—Co合金的快速凝固试验，分析了液滴尺寸与合金成分对微观组织演变过程的影响。结果表明，液滴尺寸越小，其内部的富Co粒子越弥散；Co含量越接近亚稳液态组元不混溶区的临界成分，合金熔体越容易发生液-液相变，凝固组织中富Co粒子平均半径越大。液-液相变过程中富Co相液滴在液滴内部形核，并在温度梯度作用下向液滴中心高温区做Marangoni迁移，这最终导致在粉末表面形成贫Co层。     

Cellular Automaton法模拟铝合金微观组织的形成

采用Cellular Automaton微观模型，在给定冷却曲线的条件下，对铝合金板材凝固过程组织的形成进行了二维数值模拟。采用连续形核的方法处理液态金属的异质形核现象。用CA算法处理晶粒生长过程，考虑了枝晶尖端生长动力学和优先生长方向〈100〉晶向。通过模拟动态再现了凝固过程中晶粒的形核与生长。结果表明，在形核分布参数不变的情况下，随着冷却速度的增加，所得晶粒尺寸增大。     

连续凝固偏金合金薄带凝固组织进化过程模拟

分析了偏晶合金薄带垂直连续凝固过程。发展了描述该条件下偏晶合金凝固组织演变的数学模型。将计算的温度场和浓度场与凝固组织演变的控制方程相耦合，模拟了Al-5Pb(质量分数.%)合金的凝固过程。结果表明，在固／液界面前存在一过冷区，弥散相液滴在此区间内形核。这些液滴在移向凝固界面的过程中进行扩散长大。随着凝固速度的提高。形核率升高。弥散相液滴的数量密度增大，平均半径减小。     

INVESTIGATION OF RAPID DIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF AL-BASED IMMISCIBLE ALLOYS Ⅲ. EFFECT OF SOLID/LIQUID INTERFACE

分析了难混溶合金凝固过程中作用在凝固界面前沿液滴上的力,建立了液滴与凝固界面相互作用行为的动力学判据.结合实验,探讨了固/液界面与液滴间相互作用对Al-Bi基难混溶合金凝固组织演变的影响.结果表明,在界面排斥和Marangoni力共同作用下,较小尺寸的富Bi液滴被凝固界面排斥并富积在凝固界面前沿.当凝固界面为枝晶/胞状晶时,临界尺寸的富Bi液滴与界面发生部分捕获,凝固后形成"蝌蚪"型的富Bi粒子;尺寸较小的富Bi液滴被捕获在枝晶/胞状晶间,凝固后富Bi粒子分布于晶界和三叉交角处.     

Cu-20%Co合金雾化液滴的凝固组织特征

对Cu-20%Co合金进行了高压气体雾化快速凝固实验,获得了富Co相以微细球形粒子形式分布于基体的Cu20%Co合金粉末.富Co相粒子的尺寸随着粉末尺寸的增加而增大.在凝固过程中,富Co相液滴受固-液界面推斥;凝固后,Co相粒子主要分布于晶界.由于富Co液相的表面能较高,液-液相变时弥散相液核通常在雾化液滴内部形成,并在温度梯度的作用下向雾化液滴中心迁移,从而导致在粉末表面形成很薄的富Cu基体相层.     

等离子旋转电极雾化熔滴的热量传输与凝固行为

建立了在等离子旋转电极雾化 (PREP)制取合金粉末的过程中雾化熔滴的轨道运动方程 ,讨论了雾化熔滴在凝固过程中的热量传输与凝固行为 ,并确定了定量计算换热系数所需的雾化熔滴初始速度。用数值求解方法计算了FGH95高温合金雾化熔滴在PREP过程中的速度及其在凝固过程中的温度、固相分数、冷却速率等凝固参数。结果表明 :在作者提出的工艺参数下 ,FGH95合金熔滴的冷却速率达 10 4 K/s量级以上 ,合金过热度对冷却速率的影响主要在全液态阶段 ,而冷却速率和固相分数对氩氦气体的混合比例极其敏感     

Al-Pb合金雾化液滴的液-液相变动力学

对Al—Pb合金进行了气体雾化实验,得到了Pb以细小粒子形式均匀分布于基体的粉末,建立了能描述在弥散相液滴形核、扩散长大、碰撞凝并和空间迁移共同作用下雾化液滴凝固过程组织演变的模型;对凝固组织形成过程进行了计算,结果表明,模拟结果与实验结果吻合得很好;并分析了Al—Pb合金雾化液滴的凝固过程．     

Influence of nucleation and growth phenomena on microstructural evolution during droplet-based deposition

In the present study, Phase Doppler interferometry (PDI) is utilized to measure droplet sizes and velocities, which are used as initial conditions in the following calculations. A numerical approach, along with the microstructural observation, is implemented to analyze the heat transfer, nucleation and growth of individual droplets during both flight and deposition. The results confirm that during the initial deposition stage, a second nucleation event can occur in the remaining liquid of impinging droplets. The two nucleation events generate intermixed small and large grains at the end of solidification, in agreement with the experimental observation. After a mushy layer forms, no second nucleation can occur. The deposited material's surface behaves like a size modulator which regulates and equalizes the different-size nuclei within impinging droplets. Grains grow from the surviving nuclei, and their growth fronts converge thereby producing a relatively equiaxed grain morphology.     

Nucleation kinetics of continuously cooling Fe–17 at.%B droplets produced by controlled capillary jet breakup

A new method for the investigation of the nucleation kinetics of traveling droplets was applied to mono-size droplets of an Fe–17 at.%B alloy generated by a controlled capillary jet breakup process. The developed method determines the in-flight nucleation kinetics of droplets from metallographic data and simulated droplet-cooling schedules. An iterative procedure is used to cross-validate the metallographic data and the model predictions. With the cross-validated data and simulation models, nucleation temperatures of Fe–17 at.%B droplets were calculated for various diameters and cooling conditions and shown in the form of continuous-cooling transformation (CCT) diagrams. The critical cooling rate for the amorphous solidification of Fe–17 at.%B droplets was predicted as a function of droplet diameter and verified metallographically.     

NUMERICAL SIMULATION OF ALLOY SOLIDIFICATION BY A TWO－PHASE MODEL

本文介绍了合金凝固传输过程中的二相流数学模型．该模型描述了固－液界面的传输现象和液相对流对宏观偏析的影响，并考虑了生核过程，热和溶质的过冷效应，及固相颗粒的宏观运动，从而把宏观传输过程和微观结构结合起来．采用该模型，对Ａｌ－４％Ｃｕ等轴晶合金的凝固进行了完整的数值模拟．