内置电磁熔体处理对大规格2219铝合金铸锭组织的影响

针对传统大规格2219铝合金铸锭存在的组织粗大不均,宏观偏析严重及第二相粗大等问题,采用内置电磁熔体处理半连续铸造方法制备了?630 mm 2219铝合金铸锭,通过光学显微镜、光谱仪、SEM等测试方法对铸锭进行了凝固组织与成分检测,研究了内置电磁熔体处理对大规格2219铝合金铸锭凝固组织细化的影响,揭示了溶质元素的分布规律。结果表明,相比普通半连续铸造,使用内置电磁熔体处理法制备的铸锭沿径向上晶粒细小,平均晶粒尺寸在200～300μm之间,组织整体上分布均匀,金属间化合物尺寸明显细化,晶间第二相呈断续网格状分布,Cu分布更均匀。     

超声半连铸下7050合金大扁锭的微观组织及宏观偏析行为

在500mm×1320mm的7050铝合金扁锭铸造中引入超声外场,研究常规铸造与超声铸造下的微观组织形貌、分布和宏观偏析特征。结果表明,超声外场可以有效减小晶粒的尺寸、抑制组织中粗枝晶的产生并促进铸锭内组织的均匀分布;同时,加入超声场后,溶质元素Zn、Mg、Cu沿长度方向和宽度方向对称轴的偏析指数分别由0.1013、0.1117、0.1260和0.1119、0.1113、0.1281减小到0.0835、0.0790、0.1027和0.0743、0.0725、0.0841,沿铸锭不同方向的宏观偏析均得到有效弱化。超声的空化和声流作用改变液穴中的温度场和流场,改善晶体的形成环境,促进溶质元素的均匀分布,从而细化组织、弱化宏观偏析。     

交流磁场对7075铝合金中溶质分布的影响

在7075铝合金凝固过程中施加磁场强度为0.06T、频率为30Hz的交流磁场,研究了交流磁场对溶质元素的晶内含量、宏观偏析的影响。从微观角度探讨了磁场对溶质分布的作用机制。实验结果表明:与未施加磁场的凝固试样相比,经过交流磁场处理后,7075铝合金中Zn、Mg、Cu等3种溶质元素的晶内含量均得到显著增加。同时,交流磁场能有效抑制这3种溶质元素的宏观偏析,在交流磁场作用下,试样的偏析率明显减小。     

电磁搅拌对镁合金铸锭宏观偏析的影响

研究了电磁搅拌对半连续铸造镁合金铸锭宏观偏析的影响。采用电磁铸造法制备了直径320 mm的AZ61镁合金铸锭,电磁搅拌施加电流为0~300 A,频率为15 Hz。利用化学分析法对比了不同电磁场强度下镁合金铸锭径向主要溶质元素的分布情况。结果表明,电磁搅拌可以有效改善镁合金铸锭主要溶质元素的分布,并且当施加电流强度为20~50 A时,铸锭径向元素偏析比明显减小,达到了改善镁合金铸锭宏观偏析的效果。电流强度超过100 A时,电磁场强度较大会引起熔体过搅现象,从而导致溶质元素偏析程度恶化。     

超声作用下半连铸7050铝合金的偏析行为及形成机制

采用SPECTRO-MAXx立式直读光谱仪和Leica金相显微镜,研究超声功率对半连铸过程中7050铝合金微观组织及溶质Zn元素径向分布的作用规律。结果表明:在超声外场作用下铸锭组织明显细化,混晶减少,溶质Zn元素的径向逆偏析程度减弱,并随着超声功率的增加,晶粒细化程度及宏观偏析的弱化效果更好,溶质Zn元素的偏析比由未加超声时的1.190降低为240 W功率超声作用时的1.086;在超声外场调控下,铝合金熔体偏析弱化的主要原因是由于形核率增加,晶粒细化,两相区液固相相对运动速度减小;液穴变浅,由铸锭收缩导致的富集液相径向流动减弱,是径向偏析程度减弱的另一原因;在半连续铸造过程中,采用超声外场控制液相的流动是弱化铸锭径向宏观偏析的有效手段。     

电磁振荡法半连铸7075合金的微观组织及溶质元素分布

研究了电磁振荡对7075铝合金半连续铸锭微观组织及溶质元素宏观和微观分布的作用规律。研究结果表明：存在一个最佳电磁场频率范围10～30Hz，在此范围内，随着交变磁场感应线圈电流增大，铸锭中近球形组织增多，蔷薇形组织减少，晶粒尺寸变得更加细小和均匀；同时，溶质元素晶内含量显著增加，宏观偏析现象在很大程度上得到了抑制和消除；此外，电磁振荡使得液穴内部结晶核心增加，温度场和含量场更趋均匀，初凝壳高度和液穴深度降低，溶质元素分配系数增大和结晶区间变小，对枝晶生长的抑制作用加强，从而促进了电磁振荡法半连续铸锭中非枝晶组织的形成和溶质元素的强制固溶，并且抑制了宏观偏析。     

Ti-2．5Cu，Ti-3Fe，Ti-3Cr合金铸锭的偏析

通过对Ti-2．5Cu，Ti-3Fe，Ti-3Cr钛合金进行微区成分和宏观成分的对比研究，得出了3种合金铸锭中合金元素宏观和微观偏析规律。在等轴晶内，3种元素含量均沿晶粒生长方向增加，其中Cu，Fe元素偏析明显，Cr元素偏析程度小；柱状晶内，Cu，Fe，Cr的含量均沿晶粒生长方向增加，但偏析均不明显；晶界处的平均Cu，Fe含量明显低于晶内，而Cr含量则远远高于晶内，Cr在晶界偏析明显。宏观方面，3种元素均向铸锭的顶部和中心富集，其中Cu和Fe的偏析程度较大而Cr的偏析程度小，径向的偏析程度比轴向严重。     

基于三相模型的Al-4%Cu合金三维半连铸圆锭的宏观偏析数值模拟

本文采用基于 Eulerian-Eulerian方法的等轴晶、柱状晶以及熔体三相完全混合的凝固模型计算了三维半连铸Al-4%Cu铝合金圆锭的宏观偏析。基于热溶质对流的基础上,模型考虑了等轴晶的移动,以及柱状晶对浮游等轴晶的捕获,等轴晶和柱状晶的相互竞争生长行为。模拟结果表明铸锭底部出现了明显的锥形负偏析区(CET转变区域),铸锭中心正偏析带,毗邻中心的负偏析区,以及铸锭1/2半径处正偏析带,总的偏析形态呈现W型,与铸锭实际情况基本一致。此外,铸造速度相较于浇注温度对铸锭宏观偏析具有更大的影响。     

电磁搅拌与超声作用对6082铝合金成分偏析的影响研究

消除宏观偏析是制备高品质6082铸坯的重要环节。本文研究了电磁搅拌、超声场和添加细化剂等熔体处理手段对6082铸锭宏观偏析的影响规律。结果表明：施加电磁搅拌和超声场均能减少Mg和Si的偏析,作用效果随电磁搅拌电流强度和超声作用时间的增加而增强。当磁场电流强度为20 A时,Mg和Si的偏析比由未施加电磁搅拌的1.113、1.224减小至1.037、1.048,分别降低6.8%和14.3%。施加超声作用150s时,Mg和Si的偏析比减小至1.041和1.047,相较未施加时,降低了6.5%和14.5%。同时,电磁搅拌和超声作用有效促进了元素在横截面径向上的均匀分布。作为对比,加入Al-Ti-B细化剂可大幅减小6082的平均晶粒尺寸,但对元素偏析作用不明显,电磁搅拌和超声作用对偏析的改善作用主要源自物理搅拌。     

基于拓展连续模型的2024铝合金半连铸过程中的宏观偏析数值模拟（英文）

采用拓展连续模型预测大尺寸2024铝合金半连铸铸锭的Cu和Mg元素的偏析分布。该模型耦合宏观传输方程与近似相图的微观偏析模型来预测铸锭宏观偏析,并探讨传输机制对宏观偏析形成的影响。模拟结果表明,从铸锭中心到铸锭表面Cu元素和Mg元素具有相似的偏析分布,铸锭中心与紧邻铸锭表面的区域呈现负偏析分布,而铸锭表面和铸锭1/2半径处显示一定程度低估的正偏析分布,并详细分析导致此结果的原因。此外,在三元铝合金中由于第三组元Mg元素的影响,Cu元素的偏析相较铝铜二元合金中Cu元素的偏析要轻。计算结果表明预测值与文献实验结果基本一致。     

VAR熔炼中搅拌磁场对元素宏观偏析的影响

在利用真空自耗电弧炉(VAR)熔炼钛及钛合金铸锭时,因VAR熔炼本身特点,铸锭规格大型化后会出现合金元素控制困难、宏观偏析等问题,对产品质量造成严重影响。通过对成品直径为1040 mm的TA2铸锭中Fe元素、TA10铸锭中Ni元素成分进行分析,设计实验探究搅拌磁场对元素宏观偏析的影响。实验通过改变熔炼时的电磁搅拌方式,探究搅拌磁场对Fe、Ni元素宏观偏析的影响。结果表明两次熔炼都使用交流搅拌磁场的铸锭其偏析程度远远小于一次直流搅拌、二次交流搅拌的铸锭,头底Fe元素偏析率降低到6.25%。头底Ni元素偏析率降低到6.41%。经过分析,主要原因是因为搅拌磁场会影响熔池深度及金属凝固时的结晶,减弱Fe、Ni元素在钛熔液里凝固时因溶质再分配造成的结晶浓度偏差。     

电磁连铸对镁合金凝固和偏析的影响

对电磁连铸AZ31镁合金的宏观组织,以及溶质元素在铸锭截面上的分布规律进行了工业化(生产)规模的实验研究.结果表明:合适与匹配的连铸工艺和电磁场处理可使镁铸坯晶粒组织细化.在拉速8 cm/min和表观直流电流40 A的电磁场条件下,φ162 mm圆坯的AZ31镁合金宏观凝固组织细化为均匀的等轴晶组织.同时,铸坯中溶质元素的偏析明显改善.以Zn,Mn元素为例,其平均偏析度分别比普通连铸下降73%和67%.     

低频电磁场对半连续铸造Al-Mg-Si-Cu合金显微组织的影响

采用低频电磁场半连续铸造工艺制备Al-Mg-Si-Cu铝合金铸锭,研究了低频电磁场对Al-Mg-Si-Cu铝合金铸锭组织的影响。结果表明,施加低频电磁场可以细化Al-Mg-Si-Cu铝合金铸锭的晶粒组织,减轻晶内元素的偏析程度。与常规半连续铸造相比,施加频率为20 Hz、电流为120 A的交变电磁场后,铸锭中的等轴晶组织增多,枝晶状组织减少,晶粒尺寸变得更加细小,铸锭边部和中心平均晶粒尺寸由常规半连续铸造的170和259μm分别降至133和187μm,同时有利于提高溶质元素在晶内的分布,很大程度上减轻了溶质元素的偏析。此外,低频电磁场的电磁振荡使得液穴内部温度场和流动场更趋均匀,溶质元素分配系数增大,结晶区间变小,抑制了树枝晶的生长,促进了Al-Mg-Si-Cu合金半连续铸锭中非枝晶组织的形成和溶质元素的强制固溶,并且抑制了溶质元素的偏析。     

凝固组织对连铸板坯中心偏析的影响

根据钢厂生产实践,从凝固组织入手,从宏观角度阐释了凝固组织对中心偏析及钢液流动的影响:中心偏析是由于凝固界面均一向前推进,溶质元素在中心部位汇聚造成的;柱状晶发达,高溶质钢液停留在柱状晶间的间隙内,可以改善中心偏析;等轴晶凝固界面可以分散汇聚在中心部位的溶质元素,改善偏析;钢液补充凝固收缩的现象发生在等轴晶区内,恶化了中心偏析。     

电磁搅拌对Incoloy825合金凝固组织和偏析的影响

研究了电磁搅拌对Incoloy825高温合金凝固组织及凝固过程中溶质元素偏析的影响。结果表明,在合金凝固过程中,施加电磁搅拌能够有效细化晶粒组织,同时增加等轴晶比例。当电磁搅拌电流强度由150A增加到300A时,铸坯中晶粒尺寸由300μm减小至210μm,同时等轴晶含量由66.7%增至77.5%。未施加电磁搅拌的Incoloy825高温合金铸坯内部的宏观偏析和微观偏析均比较严重,通过施加电磁搅拌,引起熔体强制对流,使熔体内部传热和传质得到改善,同时增大了冷却速率使二次枝晶臂间距减小,并促进液穴内熔体成分的均匀化,大幅度降低了合金元素的偏析程度。     

低频电磁水平半连续铸造中磁场的分布及其对宏观偏析的影响

采用数值模拟的方法研究了低频电磁水平半连续铸造7075铝合金中不同强度及频率的磁场在熔体中的分布,并采用试验的方法研究了不同条件的磁场对铸锭宏观偏析的影响.将使用传统水平半连续铸造生产出的铸锭与低频电磁水平半连续铸造生产的铸锭进行了比较.研究结果表明:在传统水平半连续铸造工艺条件下,铸锭中易出现较严重的负偏析及重力偏析;然而,在低频电磁水平半连续铸造过程中,低频电磁场的存在明显削弱了铸锭中的宏观偏析.此外,磁场在熔体中的分布情况将直接影响其作用效果,提高磁场强度及适当降低磁场频率均有利于对宏观偏析的改善.     

电磁搅拌对GH3030高温合金铸态组织的影响

通过试验研究了电磁搅拌对高温合金GH3030铸坯的凝固组织及凝固过程中溶质分布的影响。GH3030合金的凝固微观组织为单相奥氏体,电磁搅拌可以打碎枝晶、促进形核,明显细化其晶粒,得到组织致密,晶粒细小的凝固组织。没有电磁搅拌的情况下,铸坯的宏观偏析和微观偏析都比较严重。通过施加电磁搅拌,熔体的流动使得熔体内的传热得到改善,凝固前沿温度梯度变小,同时促进溶质富集区液体与熔体其他部分的混合,从而减轻了Cr元素在铸坯中的宏观偏析和微观偏析,使Cr元素分布的更加均匀,铸坯质量得到提高。     

高温合金Inconel718、Inconel706和Inconel706M电渣重熔组织均匀性

对比研究了高温合金Inconel 718、Inconel 706和Inconel 706M电渣重熔铸锭的枝晶组织和析出相差异。结果表明,在3种高温合金中,718铸锭中心区域的枝晶间距与边缘区域的差值最小,并且主要偏析元素Nb和Ti在铸锭中心的偏析率与边缘的差异也最小,718铸锭的宏观组织均匀性最好;706M铸锭中心与边缘的枝晶间距差值最大,且铸锭中心的Nb元素偏析率与边缘的差异达到0.91%,铸锭宏观组织均匀性最差。718铸锭枝晶间易富集正偏析元素Nb和Mo,最高含量分别达到6.82%和3.01%;706、706M铸锭枝晶间最高Nb含量均低于4%,Ti元素含量最高均达到2%以上,同时706及706M铸锭组织中Nb的偏析率依然很大。706铸锭组织中Laves相最多,中心位置Laves相含量达到3.9%,边缘含量降低超过2%,分布不均匀;706M铸锭组织中Laves相最少,中心及边缘含量均低于2%,含量分布比较均匀。与718和706相比,706M铸锭中心区域的碳氮化物平均长度与边缘的差异最大,且组织中存在更少的针状相。     

熔体过热时间对K4169高温合金凝固组织的影响

在1 680℃对K4169镍基铸造高温合金熔体进行超温处理,研究了不同过热时间对元素烧损、宏观晶粒度、凝固微观组织及元素偏析的影响。结果表明:熔体过热时间在10 min以内,熔体超温处理后合金成分仍在允许的范围之内,但是熔体过热时间到15 min时,Cr有严重烧损;熔体过热时间由5 min延长到10 min时,宏观平均晶粒度增大,二次枝晶间距细化,元素偏析减轻;延长到15 min时,枝晶粗化,元素偏析加剧;在熔体过热时间为10 min时,宏观平均晶粒度最高为M-7,二次枝晶间距细化到34.95μm,元素偏析最轻。     

凝固路径对Al-4.5%Cu合金共晶相体积分数影响的数值模拟研究

通过Al-4.5％Cu合金铸锭显微偏析形成的数值模拟，研究了凝固路径对凝固后铸锭不同位置处共晶相体积分数的影响。在显微偏析模型中考虑了树枝晶粗化、固相溶质逆扩散、枝晶尖端过冷、随温度变化的溶质扩散系数等影响显微偏析形成的动力学因素。数值方法中采用变网格技术跟踪移动界面，通过迭代求解溶质扩散方程和溶质守恒方程计算显微偏析参数。结果表明，不能仅靠局部凝固时间来分析共晶相体积分数的变化，还要考虑凝固路径的影响。