深过冷Cu-20%Pb亚偏晶合金凝固组织的细化机制

采用熔融玻璃净化与循环过热相结合的方法研究Cu-20%Pb亚偏晶合金的凝固组织,用BCT-LKT枝晶生长模型对深过冷凝固过程的热力学参数进行了计算,分析了过冷Cu-20%Pb亚偏晶合金的凝固机制.结果表明,在低过冷度下,Cu-20%Pb亚偏晶合金凝固组织由粗大的Cu枝晶和Pb相组成.随着过冷度的增大,Cu枝晶和Pb相细化,Pb相分布均匀.但在不同的过冷度范围,凝固组织细化机制不同.过冷度小于200 K时,快速凝固阶段结晶潜热集中释放造成的温度回升引起枝晶大量重熔是枝晶细化的主要因素;过冷度大于200 K时,枝晶高速生长导致枝晶各部位的不均匀收缩及枝晶骨架间液相的高速流动会使枝晶受力产生碎断,枝晶重熔和枝晶碎断共同作用使得枝晶发生细化.     

非等温凝固下Mg-Gd合金多枝晶生长的相场法模拟

建立耦合温度场的多晶相场模型,对非等温凝固下多枝晶的生长进行定量研究。发现热扩散系数越大,凝固潜热释放越快,枝晶生长速度越快,枝晶尺寸就越大;增大过冷度会导致凝固驱动力增强,凝固潜热释放速度和枝晶生长速度加快,枝晶转变的固相体积分数增大,大量溶质在液固界面处或枝晶间富集。     

对流作用下枝晶生长行为的相场法

基于Wheeler等提出的纯扩散相场模型,建立耦合溶质场、温度场和流场的相场模型,采用有限差分法对控制方程进行数值求解,研究Ni-Cu合金凝固过程中单晶粒枝晶和多晶粒枝晶在强制对流作用下的生长行为。结果表明:熔体的流动显著改变凝固前沿的传热和传质,从而改变枝晶的生长行为。在流速为6.43m/s的垂直强制对流作用下,上游枝晶受过冷熔体冲刷,枝晶尖端溶质浓度和温度低,实际过冷度大,枝晶生长迅速,稳态生长速度比纯扩散时增加28%;热量和溶质在下游富集,下游枝晶尖端溶质浓度和温度高,实际过冷度小,枝晶生长缓慢,稳态生长速度比纯扩散时减小26%。     

电磁悬浮下Ti-Al-Zr合金的快速枝晶生长与腐蚀机理EI北大核心CSCD

采用电磁悬浮技术实现Ti_(47)Al_(47)Zr_(6)合金的快速凝固,并结合电化学方法对合金在模拟海水条件下的耐腐蚀性能进行研究。结果表明:电磁悬浮条件下α-Ti枝晶生长速度随过冷度增大呈指数型增大;在277 K的过冷度下,α-Ti枝晶的生长速度达到15 m/s;随过冷度的增大,合金中初生α-Ti枝晶显著细化,枝晶间γ相的形成被抑制;枝晶间γ相耐腐蚀性能最差,点蚀先发生在枝晶间的γ相中,然后,腐蚀向α-Ti枝晶发生共析转变形成的板条状γ+α_(2)区域蔓延,并且从γ相到α_(2)相相继被腐蚀。提高枝晶间γ相中Zr含量能够强化钝化膜的保护性,阻碍枝晶间γ相点蚀的发生。而且,减少枝晶间γ相的晶粒数量可以削弱微电偶效应,降低合金的点蚀敏感性,从而其延缓腐蚀进程。     

纯Ni枝晶生长过程的相场法数值模拟

采用凝固过程相场模型,对纯Ni过冷熔体中的枝晶生长过程进行了计算模拟,研究了各向异性强度、过冷度、扰动等对枝晶生长的影响.结果表明:随着各向异性强度的增大,枝晶尖端生长速度加快,枝晶结构特征愈加明显;随着过冷度的增加,枝晶尖端稳定性遭到破坏,甚至出现分叉;扰动会促发侧向分枝的形成,但不影响枝晶尖端的稳态生长行为.     

深过冷凝固Co80Pd20合金中的枝晶生长

采用玻璃熔体净化与循环过热相结合的深过冷凝固技术实现了Co80Pd20合金的深过冷,获得了高达415 K的最大过冷度.采用OM观察了不同过冷度下凝固合金的微观组织,分析了枝晶形成的过冷度区间及过冷度对枝晶形貌的影响.运用BCT模型对深过冷凝固Co80Pd20中的枝晶生长进行了理论分析,获得了深过冷凝固过程中的枝晶生长速...     

过冷度和耦合系数对枝晶生长速度及形貌的影响

采用耦合溶质场、温度场的相场模型,对金属镍凝固过程中枝晶生长进行模拟,研究了过冷度和耦合度对枝晶生长速度及形貌的影响。结果表明:过冷度和耦合度比较小时,整个枝晶形貌近似球形,枝晶生长速度随着过冷度和耦合度的增加而增加,主枝的增长速度优于其他方向,整个枝晶由开始近似球形慢慢变为星形;随过冷度继续增大,主枝的生长优势慢慢消失,出现更多侧枝,整体形貌又开始向球形过渡,直至第二侧枝速度赶上主枝,第三侧枝则完全消失。     

偏晶合金Ni—31.44％Pb过冷组织粒化机制

利用溶融玻璃净化、循环过热相结合的方法对Ni-31.44%Pb(质量分数）偏晶合金宽过冷区间组织演化规律进行研究。结果表明：随过冷度的增大,凝固组织发生三次转变。其中当△T＞242K时,合金组织发生第三次转变,由细密枝晶骤燃粒化为过冷粒状晶。通过组织观察和过冷熔体枝晶生长过程的理论计算发现,快速凝固过程中液相变速率骤然增加,引起枝晶全面碎断,然后在枝晶块表面能和就变能的驱动下,晶界移动,发生碎晶合并－再结晶是形成过冷粒状晶的原因。     

DZ125高温合金深过冷凝固组织转变规律

采用熔盐净化剂与循环过热相结合的方法,获得了过冷度高达180 K的DZ125高温合金深过冷熔体,研究了合金深过冷凝固的组织演化过程.结果表明,随着过冷度△T的增大,凝固组织经历3次转变过程:当△T<48 K时,合金的凝固组织为普通树枝晶;当48 K≤△T<85 K时,枝晶因再辉发生熟化和重熔,组织转化为第1类粒状晶;当85 K≤△T<160 K时,再辉所产生的重熔效应大大降低,凝固组织为深过冷树枝晶;当△T≥160 K时,发生枝晶破碎及再结晶,凝固组织转变为第Ⅱ类粒状晶.     

Fe-Ni-P-B共晶合金的深过冷凝固组织演化

采用玻璃熔覆法使Fe-Ni-P-B共晶合金在不同过冷度条件下凝固,研究了其组织随过冷度的演化规律.结果表明,随着过冷度的增加,凝固组织形态逐渐从棒状规则共晶向不规则的粒状共晶组织转化.当T＜35 K时,棒状规则共晶组织随过冷度增加而逐渐细化;当35 K＜ T＜150 K时,凝固组织由团状非规则共晶与棒状规则共晶构成,且随着过冷度增加非规则共晶逐渐增多,规则共晶组织减少,共晶间距增大;当T＞150K时,获得完全非规则共晶组织.应用Jackson-Hunt共晶生长模型和枝晶熔断理论,对Fe-Ni-P-B共晶合金凝固组织形成机制进行了分析讨论.     

相场参数对强制流动下枝晶生长影响的模拟研究

基于相场方法对强制流动下的纯物质凝固过程进行数值模拟,研究流速、过冷度、耦合参数、各向异性参数对枝晶生长的影响.结果表明:强制流动下的晶核生长为非对称的枝晶,迎流方向的枝晶臂尖端生长得到促进、逆流方向的受到抑制、垂直流方向则影响很小;随着过冷度、耦合参数、各向异性值的增大,3个方向的枝晶臂生长速度均增加.     

静电悬浮深过冷熔融锆形核凝固测量

采用静电悬浮无容器实验技术，对纯度99.6%Zr样品的深过冷程度和形核凝固机制进行了系统研究。结果表明：样品的临界过冷度为363.9 K(0.17T_m)，熔点时的液态比热容为42.42 J/(mol·K)，凝固前降温速率与过冷度的变化规律为ΔT=-1.792R_c+664.15。通过超高速摄像方法，测得样品的枝晶生长速度与过冷度呈幂函数关系，在过冷度300 K处，枝晶生长速度达到34.6 m/s。通过对上述实验数据进行基于经典成核理论的统计分析，计算得到样品在最大概率过冷度300K处(0.14T_m)的成核活化能为52.19k_BT，吉布斯自由能差为1.503×10⁸ J/m³，固液界面能为0.121 J/m²。对比发现：随着锆含量的降低，样品的最大概率过冷度、成核活化能、吉布斯自由能差和固液界面能都明显减小。     

来流对Al-Cu合金三维树枝晶生长的影响

建立了模拟二元合金树枝晶生长的三维元胞自动机模型,以Al-4%Cu(质量分数)为模型合金,模拟了合金过冷熔体中树枝晶的生长过程,研究了来流对枝晶生长的影响.结果表明,来流对合金过冷熔体中三维树枝晶生长影响显著,迎流侧枝晶尖端生长速度随来流速度的增大而增大,枝晶尖端半径随来流速度的增大而减小;随着来流速度的增大,枝晶尖端选择参数减小;在给定过冷度条件下,随界面能各向异性的增大,来流对枝晶尖端选择参数的影响增强;对于给定的合金(或界面能各向异性),来流对枝晶尖端选择参数的影响随着过冷度的增大而增强.     

静电悬浮下铌异质形核及枝晶生长（英文）

采用无容器静电悬浮实验技术,对纯度99.7%和99.95%铌材料的过冷程度和形核凝固机制进行了系统研究。通过经典形核理论分析测量和计算得到材料样品在形核和凝固过程的热物理参数和热动力学参数。实验结果统计分析表明：铌样品的最大过冷度为455.7 K,临界过冷度约为739 K。系统分析并计算得到铌样品最大概率形核过冷度、指前系数、成核活化能、固液界面自由能和关键晶核尺寸。样品的枝晶生长速度与过冷度呈幂函数关系,在过冷度454 K时,枝晶生长速度达到42.1 m/s。考虑非等温条件下界面能的各向异性对自由枝晶生长的影响,理论预测结果与实验获得实验结果一致。     

过冷度对Ni-Cu合金枝晶偏析影响的相场法模拟

采用耦合热扰动的相场模型,对Ni-Cu合金枝晶生长中的枝晶形貌和微观偏析进行计算和分析,并研究过冷度对其凝固过程中溶质分布的影响。结果表明:随着过冷度的增加,二次枝晶变的更发达,枝晶主干变细,一次枝晶干轴对称中心处的溶质浓度升高,一次枝晶干和二次枝晶臂间富集的溶质更多。过冷度越大,固液界面前沿溶质扩散层越薄,枝晶的微观偏析越严重,即溶质微观偏析程度随过冷度的增大而增大。     

深过冷Fe-Mo合金中初生α-Fe相的快速生长

采用落管无容器处理技术实现Fe-8%Mo和Fe-26%Mo合金的深过冷快速凝固。结果表明:大尺寸Fe-8%Mo合金液滴的凝固组织由α-Fe枝晶晶粒组成,溶质Mo主要富集于晶界处。随着合金粒子直径的减小,α-Fe相组织形态由粗大枝晶向等轴晶转变并显著细化,同时α-Fe相的微观偏析逐渐减弱。当粒子直径减小到约100μm时,发生显著的溶质截留效应,过冷度和冷却速率的增大抑制了溶质Mo的扩散。大尺寸Fe-26%Mo合金液滴的快速凝固组织由残余α-Fe相和层片共析组织(μ+α-Fe)组成,且随着粒子直径的减小,凝固组织由层片状逐渐转变为颗粒状。理论计算表明,随着过冷度的增大,α-Fe枝晶发生由溶质扩散控制生长向热扩散控制生长的转变。发生该转变所需的临界过冷度随合金中Mo含量的增大而增大。     

相场参数对多元合金凝固过程影响的相场法模拟

利用由二元合金相场模型扩展获得的多元合金相场模型,以Fe-C-P合金为例,研究了各向异性系数和过冷度对合金凝固过程的影响.结果表明:随着各向异性系数的增大,二次枝晶越来越发达,枝晶尖端生长速度增大,且尖端速度波动的幅值增大;随着过冷度的增大,枝晶形貌更成熟,枝晶尖端的曲率半径减小,而枝晶尖端的生长速度呈线性增长趋势,溶质扩散层厚度减小,相应地溶质梯度增大.     

深过冷Cu50Ni50熔体凝固的定向枝晶组织

在高真空度下,采用熔融玻璃净化与循环过热相结合的方法,在宽的过冷度范围内,研究了Ｃｕ５０Ｎｉ５０合金凝固组织开头演化过程。结果表明,随着过冷度增大,凝固组织发生了３次转变。其中,当１２０Ｋ（ΔＴ＾＊２）〈ΔＴ〈１９２Ｋ（ΔＴ＾＊３）时,凝固组织发生第２次转变,由粒状晶演变为定向生长的深过冷枝晶。通过组织观察和过冷熔体枝晶生长过程的计算发现,快速凝固形成的枝晶在再辉和再辉结束后枝晶熟化过程被高度抑制     

液相线铸造法半固态金属组织特征的相场模拟研究

液相线铸造法是获取均匀、细小非枝晶组织半固态合金浆料的一种新工艺。凝固过程的相场模拟表明,金属凝固组织形成枝晶的趋向随过冷度加大而增强,长大速度随之显著加快。液相线铸造时结晶凝固过程在枝晶形成趋向很小、长大速度较慢的过冷度范围完成,故应得到细小非枝晶组织;液相线铸造法浇注前熔体在液相线温度附近保温,发生双相区等温结晶分解过程,该过程的相场模拟显示,这一分解作用促成大量形核,导致在随后的浇注熔体中生长成大量均匀、细小非枝晶组织;二次加热至双相区,引起部分熔化和重新分解结晶,同理会使组织进一步得到改善。     

深过冷BFe30-2合金凝固组织演化

用熔融玻璃净化与循环过热相结合的方法,研究了BFe30-2合金过冷熔体凝固组织的演化规律。研究表明:在过冷度39～203K的范围内,其凝固组织的形态有三次变化过程:第一次是在39～118K过冷度范围,随着过冷度的增加,凝固组织中枝晶明显细化且同时存在枝晶重熔形成的第一类粒状晶;第二次发生在118～174K过冷度范围,因枝晶熟化被抑制,形成的第一类粒状晶转变为高度细化的细枝晶;第三次发生在174～203K过冷度区间,组织因细枝晶再结晶转变为均匀的准球状晶粒。