Al-Pb偏晶合金凝固过程中贫Pb层的形成机理

对Al-Pb偏晶合金开展了快速定向凝固实验,试样组织观察表明,在试样表面形成了一贫Pb层;建立了偏晶合金定向凝固过程中液-液相变的理论模型,模型中考虑了液滴的形核、扩散长大、液滴的空间迁移以及熔体的对流运动的影响。根据实际凝固条件进行了相关模拟计算,结果表明在凝固界面前沿存在一过冷区,在过冷度的峰值点附近弥散相液滴形核;贫Pb层的形成是形成相与坩埚的润湿性、液滴的径向迁移和熔体的对流运动共同作用的结果.     

铝合金元胞自动机-有限单元法微观组织模拟

利用有限元商业软件CALCOSOFT2D中的元胞自动机模型,模拟了Al-Si(w(Si)=7%)合金的凝固组织的演变过程,形核模型采用基于高斯分布的连续性形核模型,枝晶尖端生长速度与局部过冷度的关系采用KGT模型.探讨了形核参数、冷却条件等参数对枝晶模拟结果的影响,得到了不同情况下的枝晶演变组织,结果显示能合理反映实际金属凝固物理过程.     

Nb变质剂对Fe-Ni膨胀合金凝固组织的影响

Nb变质剂对Fe-Ni膨胀合金凝固组织影响的研究结果表明:经Nb变质处理后,Fe-Ni膨胀合金中形成了大量的Ni3Nb包芯(Fe2Nb)的高熔点化合物,尺寸为2～4 μm.根据错配度理论计算表明,Ni3Nb的某些低指数面与Fe-Ni膨胀合金的某些低指数面具有4.96%的较低错配度,因此,Ni3Nb作为非均匀形核核心,使合金凝固组织由完全的柱状晶变为完全的等轴晶组织,晶粒尺寸为45～50 μm.此外,Nb在等轴晶晶界上以NbN、NbC、Ni3Nb包芯(Fe2Nb)复合物形式存在,其中Ni3Nb包芯(Fe2Nb)复合物具有阻止晶粒长大的作用.     

铋生长方式的转变及其固-液界面能的确定

为了深入研究铋的凝固组织及固液界面能的变化规律,采用熔盐净化结合循环过热的方法,对铋的过冷度及凝固组织特征进行研究,试验结果表明:过冷度不仅影响铋凝固后晶粒的尺寸,而且也影响晶粒的形貌.根据铋凝固后的晶粒形貌,确定出了铋从小平面生长转变为中间方式生长的临界过冷度和中间方式生长转变为连续生长的临界过冷度分别为49 K和95 K.在此基础上,利用临界过冷度转变模型对铋的固-液界面能进行了预测,从两个临界过冷度所计算的固-液界面能值几乎相等.两者的误差在144~544 K范围只有1.44%~2.55%.其预测结果与形核过冷度法所报道的实验结果相吻和,其误差小于1.72%     

元胞自动机法模拟Al-4．5mass％Cu枝晶生长

通过引入溶质再分配、溶质扩散、界面能各向异性和界面曲率,构建了描述合金凝固微观组织形态演变的2D元胞自动机模型。并用该模型研究了Al-4.5mass%Cu合金凝固过程中树枝晶长大过程。结果表明:该模型较好地描述了枝晶生长、晶间和枝晶偏析。凝固过程中的溶质再分配直接影响着树枝晶的生长形貌和微观偏析形成。成份过冷是液/固界面失稳的主要原因,激发二次晶或三次晶产生。二次晶生长是相互竞争的过程,在成分过冷和曲率过冷作用下,二次晶根部溶质富集程度大,出现明显的"颈缩"。在枝晶生长过程中,枝晶间会形成小范围、高溶质浓度的孤立液体区域,形成晶间偏析或点偏析,树枝晶形貌对晶间偏析程度影响较大。在各枝晶臂上,先凝固部分溶质浓度较后凝固部分溶质浓度低,并且中心溶质浓度较边缘处溶质浓度低,形成枝晶偏析,枝晶偏析在枝晶的亚稳态生长阶段更显著。     

熔体过热处理作用机制的新认识

从液-液结构转变的角度探讨了熔体过热处理对CuSn18.7(at.%)和BiPb20.1(at.%)合金凝固组织和凝固行为的作用机制.实验表明:在升温过程中,合金熔体的某些物理性能(例如内耗,电阻率,热电势和热)在特定的温度区间都发生了异常的变化,而在降温过程中没有异常变化,揭示了熔体中在这些温度区间内发生了不连续的液-液结构转变.随后的凝固实验表明结构转变对合金的凝固有着很大的影响,例如形核过冷度显著增大,CuSn18.7合金的凝固组织明显细化,而BiPb20.1合金的初生相形态由鱼骨状树枝晶变成无序的等轴晶.分析认为熔体结构转变使得熔体结构趋于均匀和无序,在凝固中抑制了初生相的形核,进而细化凝固组织.而BiPb20.1合金组织形态的变化则是由熔体结构转变改变了界面溶质分配系数导致的.     

过冷合金熔体非平衡凝固中形核方式的竞争

本文立足于经典形核理论和非热形核理论，分析了过冷熔体非平衡凝固中连续形核同位置饱和的竞争．决定过冷熔体形核方式的关键因素是初始熔体的过冷度与异质核心的尺寸．随着净化的进行，熔体过冷度提高，N1，r^＊以及△G^＊逐渐降低，它们之间的相互竞争使形核方式从位置饱和向连续形核转变，并解释了过冷Ni-Sn与Ni-Si共晶合金中观察到的组织变化．表明低过冷下Ni-Sn合金形核方式为位置饱和；Ni-Si共晶合金中，△T〈180K时形核方式为位置饱和，180K以后，形核方式从位置饱和转变为连续形核．     

过冷Cu-Fe包晶合金熔体的组织演化机制

利用循环过热与玻璃熔融净化相结合的方法制备了不同过冷度下Cu-15wt%Fe包晶合金试样,结合相关理论详细阐述了过冷Cu-15wt%Fe合金熔体的凝固组织演化机制.结果表明,液相分离过程中,合金体系内部少数相的形核、长大、凝并甚至分层行为是在Ostwald熟化、Brownian运动、Marangoni迁移和Stokes运动等因素综合作用下完成的,不同阶段不同因素所起的作用大小不同.试验过程中还制备了Cu-35wt%Fe包晶合金试样,通过不同成分合金凝固组织的SEM图像,对比了不同Fe含量对过冷Cu-Fe包晶合金熔体凝固组织的影响.     

Mn对铸造K325合金凝固组织和元素偏析的影响

采用光学显微镜、扫描电镜(SEM)和电子探针(EPMA)技术,研究了Mn含量对铸造K325高温合金凝固组织和元素偏析的影响。研究结果表明,Mn元素添加对合金晶粒度和二次枝晶间距无明显影响,却明显促进Nb、Mo元素偏聚于枝晶间,增大合金的偏析倾向。Mn元素的添加,使得Mn元素由正偏析元素变为负偏析元素,但Mn元素对合金铸态组织中第二相析出行为并无明显影响。     

脉冲电流对形核率影响机制的研究

根据经典的形核理论及脉冲电流对凝固组织的作用机理,从电磁场理论出发研究了脉冲电流作用下晶粒细化的作用机制。通过讨论过冷度的变化对形核率的影响,研究了电流产生的电磁力效应及焦耳热效应对过冷度的影响,建立了电流与过冷度的关系式。研究结果表明了电流对形核率的影响主要是由于电流改变了过冷度,电流能否细化凝固组织由电磁力和焦耳热效应引起的过冷度的变化决定,并与脉冲宽度有关。     

三元Pb-Sb-Sn合金的快速凝固及组织特征

实现了三元Pb-12%Sb-4%Sn和Pb-15%Sb-10%Sn合金在深过冷条件下的快速凝固,实验中获得的最大过冷度分别为65 K(0.13TE)和70 K(0.13TL)。XRD分析表明,这两种合金在实验过冷度范围内均由(Pb)固溶体、(Sb)固溶体和SbSn金属间化合物三相组成。在小过冷条件下,Pb-12%Sb-4%Sn共晶合金的三相以层片状交替分布,协同生长。随着过冷度增大,(Sb)作为初生相以小平面方式生长,且三元层片共晶组织显著细化。对于Pb-15%Sb-10%Sn合金,其凝固组织由初生相、二相共晶和三元共晶组成,初生SbSn相以具有小平面特征的枝晶方式生长。在实验基础上,对三元Pb-Sb-Sn合金的形核特征和生长规律进行了理论分析。     

定向凝固纯铜组织性能研究

采用高真空多功能定向凝固及悬浮熔炼设备,以不同凝固速度制备纯铜试样,并对定向凝固纯铜试样的显微组织和机械性能进行了分析研究.通过实验获得了定向凝固纯铜的组织性能.当凝固速度小于500μm/min时,定向凝固的纯铜试样横、纵截面的晶粒形貌都是等轴晶,晶粒内存在孪晶,凝固速度较小时,其孪晶组织数量较多.当凝固速度大于500μm/min时,定向凝固的纯铜试样横截面的晶粒形貌是等轴晶,而纵截面的晶粒形貌是柱状晶,晶粒内基本不存在孪晶组织.定向凝固纯铜的室温机械性能是:当凝固速度在50μm/min的条件下,试样的抗拉强度约153 MPa,较普通铸造纯铜试样的低,而屈服强度约91.8 MPa,延伸率约80.12%,都优于普通铸造纯铜试样.透射电镜分析表明,纯铜定向凝固过程中形成的孪晶B=[110].     

Mg含量对Al-Cu-Mg合金定向凝固组织的影响

建立模拟多元合金树枝晶生长的三维元胞自动机模型,耦合合金热力学和生长动力学计算,模拟预测Al-Cu-Mg合金定向凝固组织形成过程,考察Mg含量对定向凝固一次枝晶间距的影响。结果表明,在相同凝固条件下,定向凝固一次枝晶间距随着Mg含量的增加而增大,定向凝固二次枝晶间距随着Mg含量的增加而减小。     

机械振动对焊接熔池金属凝固过程的影响

从力学的角度和能量的角度解释机械振动对焊接熔池金属凝固过程影响的机理。通过分析机械振动对焊接熔池金属的宏观作用和微观机理后认为 :机械振动改变了熔池中的结构起伏分布和能量起伏分布的状态 ,使晶体形核更为容易 ;机械振动使柱状树枝晶的枝晶折断 ,减小了成分过冷区的大小 ,抑制了柱状树枝晶的长大 ,被打碎的枝晶在熔池中独立长大成为等轴晶 ,等轴晶的数量增多 ;机械振动使熔池液体对流速度加快 ,紊流层宽度增大 ,焊缝的宏观偏析减弱 ,气孔和夹渣等缺陷减少。机械振动对焊接熔池凝固的这些影响对机械振动焊接焊缝组织和性能的改善起了重要的作用     

影响金属匀质形核过冷度的因素

将热力学因素和动力学因素对金属匀质形核过冷度的影响统一起来,建立了匀质形核的过冷度方程。结果表明：金属的匀质形核过冷度与金属的形核驱动力因子、体积及冷却速度有关．对同一金属来说,其匀质形核过冷度随液态金属体积的减小或冷却速度的增大而增大,当液态金属体积与冷却速度的比值减小到一临界值时,金属的匀质形核过冷度增大到其最大值;在液态金属体积与冷却速度的比值一定时,金属的匀质形核过冷度随其形核驱动力因子的增大而增大     

三元Co-Cu-Si合金的液相分离与组织特征

在自由落体条件下实现了三元Co45Cu45Si10和Co25Cu25Si50舍金的快速凝固,所获得的最大过冷度分别为357 K(0.22TL)和320 K(0.20TL),测定其液相面温度分别为1 600 K和1 592 K,固相面温度分别为1 358 K和1 105 K.Co45Cu45Si10舍金液相分离临界过冷度仅为8 K.直径大于100μm的合金液滴发生L a-Co→ε-Co的包晶转变,凝固组织由(Cu)、ε-Co和α-Co三相组成,而直径小于100μm时,合金液滴的凝固组织主要由(Cu)和ε-Co两相组成.Co25Cu25Si50合金不存在液相分离临界过冷度,形成由CoSi、CoSi2和Cu3Si 3个金属间化合物相组成的快速凝固组织.尽管Cu3Si的形核率最大,但始终没有形成领先生长相.当过冷度小于127 K时,形成以CoSi2为初生相枝晶的凝固组织;当过冷度大于127 K时,则形成以CoSi为初生相枝晶的凝固组织.     

过冷熔体中的强制枝晶生长

过冷熔体中的强制枝晶生长＊谢发勤①张军②傅恒志③细（或超细）柱晶组织及其叶片类产品，都是在液／固界面前沿熔体处于过热状态下形成的，如传统的快速凝固（ＨＲＳ）、液态金属冷却（ＬＭＣ）等定向凝固工艺。在过冷熔体中，由于形核的不可预测性和晶体生长的随机性，...     

Mo_(0.2)FeCoCrNi高熵合金定向凝固枝晶分裂与取向偏转

为了研究Mo_(0.2)FeCoCrNi高熵合金定向凝固组织的形成规律,文中通过对比分析试样上端最终过渡区与稳态生长区成分分布,准确界定Mo_(0.2)FeCoCrNi高熵合金中的溶质与溶剂,并计算出平衡溶质分配系数与偏析度,采用液相淬火方法分析不同抽拉速度下Mo_(0.2)FeCoCrNi高熵合金固液界面形貌。对比分析铸态组织与不同抽拉速度高熵合金定向凝固组织,研究树枝晶尖端分裂与晶体生长的取向关系。研究结果表明:在2～200μm·s~(-1)的抽拉速度范围内均存在树枝晶尖端分裂情况,随着抽拉速度的增大枝晶主干变短,枝晶分枝变长,枝晶两分枝的夹角变大。树枝晶尖端两分枝的竞争生长,导致枝晶主干发生偏转,逐渐与热流方向平行。     

选区激光熔化成形AlSi10Mg合金组织研究

采用选区激光熔化成形方法制备了AlSi10Mg合金,并对其内部组织进行了分析.结果表明:AlSi10Mg合金横截面激光熔道呈长条状,熔池区内为细小弥散分布的胞状晶,熔池区边缘主要为尺寸较大的胞状晶.AlSi10Mg合金纵截面呈鱼鳞状,熔池区内主要为柱状晶,熔池区边界主要为胞状枝晶.熔道搭接区主要为取向不一致的粗大胞状枝晶.产生上述现象主要是由于熔池区内温度梯度小,溶质分布均匀,且过冷度较大,利于形成取向相同且细小的晶粒.在熔池区边界,后续熔化的熔池对已凝固的合金进行重熔,使已凝固区合金再结晶并长大,形成尺寸较大的晶粒.熔道搭接区不同熔池内热传递方向不同,且晶粒具有外延生长的特性,在搭接区形成取向各异的胞状枝晶.     

Ni-Ni3Sn系近共晶合金深过冷形核规律

采用大体积液态金属的微观净化技术，在Ni-Ni3Sn合金系中使Ni-(2.5-17.5)at%Sn和Ni-(17.8-25.0)at%Sn两组合金分别获得了最大达351K和303．5K的“极限”形核过冷度，并使其极限过冷度保持30个循环过热周期不衰减。实验发现，Ni-Ni3Sn系近共晶合金深过冷凝固时，Ni3Sn总是领取先于α（Ni）相形核。根据实验数据和表面异质形成核速率模型，求得Ni3Sn和α（Ni）相异质形核时的异质形核因子f(θ）分别为0．8103和0．12406；求得过冷熔体中Ni3Si和α（Ni）相等形核速率时的温度－成分曲线完全处于共晶点左边，表明在近共晶成分过冷熔体中，金属间化合物Ni3Sn易于α（Ni）形核。