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。     

Convective Flow and Its Effect on the Liquid-liquid Phase Transformation of Monotectic Alloys

建立了偏晶合金液--液相变过程中的两相流动模型, 发展了偏晶合金凝固理论模型; 以Al-Pb合金为例, 模拟研究了偏晶合金凝固时的组织演变进程, 考察了流动对凝固组织形成的影响. 结果表明, 对流影响液--液相变的形核特性, 提高凝固界面前沿最高弥散相液滴数量密度、最大液滴半径和最高弥散相 体积分数, 促进宏观偏析组织的形成.     

对流对偏晶合金液-液相变过程的影响

建立了偏晶合金液-液相变过程中的两相流动模型,发展了偏晶合金凝固理论模型;以Al-Pb合金为例,模拟研究了偏晶合金凝固时的组织演变进程,考察了流动对凝同组织形成的影响.结果表明,对流影响液一液相变的形核特性,提高凝固界面前沿最高弥散相液滴数量密度,最大液滴半径和最高弥散相体积分数,促进宏观偏析组织的形成.     

恒定磁场作用下Al-Pb偏晶合金凝固过程研究

以Al-Pb偏晶合金在恒定磁场下的凝固过程为研究对象,实验分析了不同强度恒定磁场、不同定向凝固速度条件下,磁场强度、凝固速度和合金成分对弥散相液滴形核率及平均尺寸的影响,并模拟了凝固组织演变过程,得到了恒定磁场对偏晶合金凝固的影响机理。     

Sn对Al-Pb偏晶合金凝固过程及组织的影响

研究了添加第三组元Sn对定向凝固Al-Pb合金组织的影响.结果表明,添加微量Sn能降低Al-Pb合金液-液相变时两液相间的界面能,促进富Pb相液滴形核和弥散型Al-Pb合金凝固组织的获得;随着Sn添加量的增加,弥散相体积分数增大,液-液相变温度区间和液-液-固三相温度区间之和增大,初生弥散相粒子和偏晶反应弥散相粒子的尺寸均增大;添加Sn促进Al-Pb合金中凝固界面枝晶化,这一方面促进弥散相液滴/粒子沿凝固方向均匀分布,另一方面,促进弥散相液滴/粒子沿定向凝固合金晶界分布.     

脉冲电流作用下相分离合金连续凝固过程研究

以Cu-Bi-Sn相分离合金为对象,试验与模拟相结合,研究了脉冲电流对相分离合金连续凝固组织演变的影响。结果表明,脉冲电流主要通过改变液-液相变过程中弥散相液滴的形核能垒来影响相分离合金的凝固过程及组织。随着电流密度峰值增加,液-液相变过程中弥散相液滴的形核能垒降低,液滴形核率增加,合金凝固组织中弥散相粒子的尺寸减小,有利于弥散型相分离合金复合材料的制备。     

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。     

直流电流作用下Al-Bi偏晶合金连续凝固研究

开展了直流电流作用下Al-Bi偏晶合金的连续凝固试验,研究了直流电流密度、合金成分、凝固速度以及基体熔体与弥散相液滴电导率等因素对偏晶合金凝固组织形成的影响。结果表明,直流电流能够促使偏晶合金液-液相变过程中弥散相液滴发生径向迁移。当弥散相液滴的电导率小于基体熔体的电导率时,弥散相液滴在直流电流作用下由试样中心向试样表面迁移;当弥散相液滴的电导率大于基体熔体的电导率时,弥散相液滴在电流作用下由试样表面向试样中心迁移。     

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.     

偏晶合金液-液相变过程模拟

建立了能描述在弥散相液滴形核、扩散长大、碰撞凝并及两液相空间分离等因素共同作用下，偏晶合金液-液相变过程中组织演变过程的数学模型。将计算的温度场和浓度场与控制凝固组织演变的动力学方程相耦合，模拟研究了单向冷却条件下Al-Pb合金液-液相变过程中的组织演变过程。结果表明，随着冷却的进行，液-液相变区不断由试样底部向试样顶部推进，直至贯穿整个试样。由于在凝固过程中弥散相液滴进行Marangoni迁移和Stokes运动，试样中的某些部位会出现液滴贫化、过饱和度增加和多次形核现象。     

Model for calculation of microstructural development in rapidly directionally solidified immiscible alloys

A model has been developed for the calculation of the microstructural evolution in a rapidly directionally solidified immiscible alloy.Numerical solutions have been performed for Al-Pb immiscible alloys.The results demonstrate that at a higher solidfication velocity a constituteional supercooling region appears in front of the solid/liquid interface and the liquid-liquid decomposition takes place in this region.A higher solidification velocity leads to a higher nucleation rate and ,therefore,a higher number density of the minority phase droplets.A s a result,the average radius of droplets in the melt at the solid/liquid interface decreases with the solidification velcity.     

Microstructure Evolution of a Ternary Monotectic Alloy During Directional Solidification

A model was developed to describe the microstracture evolution in a directionally solidified ternary monotectic alloy.The directional solidification experiments were carried out on Al-3Pb-lSn(wt%) alloys by using a Bridgman apparatus.The microstracture evolution in the directionally solidified sample was calculated.The numerical results agree well with the experimental ones.It is demonstrated that the nucleation of the minority phase droplets occur at two different positions.One corresponds to the liquid-liquid decomposition,which occurs in front of the solidification interface.The other is at the liquid/solid interface.The nucleation rate of the minority phase droplets at the liquid/solid interface is significantly higher than at the position in front of the solidification interface.The characteristic of the nucleation process leads to a bimodal size distribution of the minority particles in the directionally solidified sample.     

Al-Pb合金的快速定向凝固及其模拟

对Al-Pb合金开展了快速定向凝固实验,并根据实际凝固条件模拟计算了合金的组织演变过程.结果表明,当凝固速度不变时,Pb相粒子尺寸及其分布范围随Pb含量的增加而增大;当合金成分不变时,Pb相粒子尺寸及其分布范围随凝固速度的增加而减小.模拟结果与实验数据吻合较好,展现了快速定向凝固条件下Al-Pb合金的凝固组织形成过程.     

恒定磁场作用下Al-Pb合金快速定向凝固

在恒定磁场作用下对Al-Pb合金进行了快速定向凝固实验,考察了磁场强度对凝固组织的影响,分析了磁场的作用机理.结果表明,恒定磁场能显著减弱熔体对流,提高凝固界面前沿液-液相变过程的空间均匀性,减缓液滴的碰撞凝并速度,使凝固试样中的弥散相粒子最大和平均尺寸减小,粒子尺寸分析布范围变窄,有助于获得弥散型偏晶合金凝固组织.     

磁场作用下Al-Pb偏晶合金的凝固过程

在恒定磁场作用下对Al-Pb合金进行定向凝固实验, 考察了合金成分、凝固速度、恒定磁场对凝固组织的影响. 模拟研究了恒定磁场作用下Al-Pb合金定向凝固组织的形成过程, 分析了磁场的影响机理和合金成分、凝固速度、磁场强度对弥散型凝固组织获得的影响. 模拟和实验均表明恒定磁场促进弥散型偏晶合金凝固组织的形成.     

高温度梯度下Al-In偏晶合金定向凝固组织的演化规律

应用高温度梯度的方法，研究了在定向凝固条件下温度梯度与凝固速率的比值G／R对Al-17．5％In(质量分数)合金凝固组织的影响．结果表明，偏晶合金的定向凝固与共晶合金定向凝固的生长规律类似．在高温度梯度下，仅在很低的生长速度时才能形成二相有序排列的共生．在偏晶合金定向凝固进入稳态生长以后，在各自的相凝固前沿富集了另一相的溶质，由于两相的层间距不大，长大过程中的横向扩散占主导地位．随着生长速度的增大或温度梯度的降低，Al-17．5％In合金定向凝固组织从纤维结构到周期性或规则排列的串状结构再到弥散分布结构转变．这种转变与固一’液界面形状的转变有密切关系．     

高温金属间化合物的定向凝固特性

高温金属间化合物是一类重要的高温结构材料，其中Ti-Al及Ni-Al等许多合金系在凝固时都存在连续的包晶反应。本文就包晶合金凝固的特性从多方面加以总结和分析。凝固过程中的包晶相变对组成相的生长与取向有不同的影响。除此之外，定向凝固包晶反应过程中，相的竞争与选择及界面形态的演化也将同时对金属间化合物的凝固组织产生重要的影响。在考虑了界面温度对生长速率的响应后，可以发现生长速度超过某一值后亚稳相将析出，而根据凝固条件不同可以以不同的凝固方式进行长大，形成如带状、浅胞状和枝／胞双相共生等形式的组织，其中共生组织更有利于提高材料的单向力学性能。虽然定性的分析已获得某些规律，但作为工程应用的具有包晶反应特点的高温金属间化合物的定向凝固研究还极不充分，需进行大量的、基础的理论与实验研究。     

Phase transformation studies at the solid/liquid interface by directional solidification of Alloy 718

The phase transformation temperatures are especially important in alloy 718 because it requires careful heattreatment cycles. The DTA method is generally used to estimate the characteristic temperatures of phase transformations. However, DTA is an indirect method to confirm phase transformations, and there are always discrepancies in analyzing the DTA thermograms. In this study, the directional solidification and quenching technique has been applied to estimate the phase transformation temperatures near the solid/liquid interface temperatures by measuring temperatures directly during directional solidification. These phase transformation temperatures were confirmed in the quenched solid/liquid interface. Solidification behavior at the solid/liquid interface with solidification rate and temperature gradient were also discussed.     

高速钢／结构钢双金属复合材料界面研究

采用镶铸法,以液固结合的方式制备了高碳钡系高速钢/结构钢双金属复合材料。研究了不同结合条件下,双金属复合材料界面结构及形态。试验结果表明,镶铸是靠外层合金带入的过热热量来获得界面结合的,当外材与芯材在体积比大于8.0的条件下,才有可以获得界面结合,其界面结合为扩散结合,复合材料界面结构由芯材扩散层,激冷凝固层、方向性生长层和胞状晶粒层组成,外层材料凝固时有明显的方向性生长,其液固相线推移速度对在液固结合条件下外层材料的凝固组织具有明显影响,当外材与芯材体积比为1.25时,外层材料的凝固速度最快,出现了棒状伪共晶组织,随体积比的增长,凝固组织表现为沿径向传热方向拉长的胞状晶粒。