基于Thermo-Calc的310S奥氏体不锈钢元素分配分析

凝固过程中溶质再分配对凝固组织成分的均匀性和元素偏析具有重要的影响,本文基于Thermo-Calc热力学计算,对310S奥氏体不锈钢在凝固过程中合金元素在液、固相中的分配行为进行研究。结果表明:310S奥氏体不锈钢的液相线温度为1404℃,固相线温度为1322℃,凝固温度区间为82℃,凝固模式为L→L+γ→γ;Mn和Nb元素的分配系数小于1,是正偏析元素,向枝晶间液相中富集。     

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。     

Al—Cu 二元合金在非平衡凝固时界面处溶质分配对平衡的偏离

本文考察了 Al—Cu 合金凝固体系液固界面自发地由非平衡态向平衡过渡的过程;并研究了冷却速率对开始结晶时溶质分配的影响。结果表明,随着在结晶温度保温时间的延续,表征着实际溶质分配系数 K 对平衡偏离程度的 lnK/K_0值以指数规律衰减并趋近于零。同时还发现随凝固过程冷却速率的增加实际溶质分配系数 K对 K_0的偏离加大。     

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。     

一种合金枝晶凝固微观溶质再分布统一模型

简要概述了合金枝晶凝固微观偏析解析模型化研究进展。基于对具有任意枝晶形貌及任意固相反扩散(SBD)效应的合金凝固过程中微观/宏观溶质传输行为模型化,提出了微观溶质再分布新模型,并进行了不同凝固速率、不同枝晶形貌及SBD效应的Al-4.5％Cu合金与Fe-0.5％C基碳素钢枝晶凝固的模型对比计算。研究表明,所建模型具有包含多种影响因素与统一性的特点,以及模型计算的可行性与有效性。     

快速凝固FGH95合金粉末的非平衡溶质分配

测定了用等离子旋转电极雾化工艺方法生产的FGH95合金粉末颗粒的枝晶偏析,并运用显热容法计算了合金粉末颗粒快速凝固过程中的非平衡溶质分配系数．结果表明：FGH95合金粉末颗粒枝晶间富Mo、Nb、Ti元素而贫Ni、Co、W元素;随着粉末颗粒尺寸的减小,溶质分配系数远离平衡值的程度增大,枝晶偏析也明显减小．     

一种合金枝晶凝固微观溶质再分布统一模型

简要概述了合金枝晶凝固微观偏析解析模型化研究进展。基于对具有任意枝晶形貌及任意固相反扩散(SBD)效应的合金凝固过程中微观／宏观溶质传输行为模型化，提出了微观溶质再分布新模型，并进行了不同凝固速率、不同枝晶形貌及SBD效应的Ae-4．5％Cu合金与Fe-0．5％C基碳素钢枝晶凝固的模型对比计算。研究表明，所建模型具有包含多种影响因素与统一性的特点，以及模型计算的可行性与有效性。     

轻压下技术——提升铸坯质量的利器（二）

由于钢中的溶质元素在固相中的溶解度与扩散系数比在液相中要小得多,在钢水凝固过程中,溶质元素与基体元素自发发生成分分离现象从而导致成分偏析．凝固过程中,在固一液界面富集的溶质原子将由于双扩散对流发生宏观迁移并向最后凝固的地方聚集,并形成宏观偏析．而在连铸凝固过程中,凝固后期液相穴的相变体积收缩,尤其是由于坯壳鼓肚造成的内部负压差将加剧这种流动和溶质富集,     

非平衡固/液界面的稳定性判据

本文根据固液界面溶质非平衡分配的实验现象[1-5],首次分析了溶质非平衡分配对凝固理论中最简单而又具有特别重要意义的成分过冷理论的影响。提出固液界面偏离平衡的程度可以由界面过冷度△T=△T_k+△T_n来表示,其中△T_k是动力学过冷度,△T_n是溶质非平衡分配造成的附加界面过冷度。三十多年来冶金学界和物理学界广泛接受的一个重要概念,即平界面失去稳定性是界面前液相中存在成分过冷区的结果,本文已指出其错误,并指出凝固驱动力沿界面前进方向增大是平界面形态不稳定性的真正原因。从这个原理出发,完全不需要界面局域平衡假定,导出了与传统的成分过冷理论关于平界面稳定性的判据在形式上完全相同的新判据G/V≥mC_0(k—1)/kD其中仅仅是用实际溶质分配系数k取代了平衡溶质分配系数k_0。这个新判据得到了Al-C_u合金实验[1]的支持。     

非晶合金凝固过程模拟与界面换热关系

为了准确模拟块体非晶合金凝固过程的温度场,对浇注温度为840℃的非晶合金凝固期间的温度场进行了数据采集.根据界面换热模型与热量守恒定律建立了液固相与铜模之间的界面换热关系式,从而实现了对非晶凝固温度场的模拟.结果表明,合金与铜模之间的界面换热系数随温度的增加而增大.合金在液态阶段降温曲线的模拟值与实测值基本吻合,且当凝固温度降至500℃后,二者偏差也较小.利用界面换热模型并结合实测温度场可以表征非晶合金凝固时的界面换热关系.     

Numerical calculation on temperature field of FGH95 alloy droplet during rapid solidification

The temperature field of FGH95 alloy droplet atomized by plasma rotating electrode processing (PREP) during solidification has been calculated through numerical analysis based on equivalent sensible heat capacity method. And thus the relational curves among temperature gradient of solid-liquid interface, moving velocity of solid-liquid interface and solid fraction during solidification have been presented. The results indicate that the relation between average temperature gradient of solid-liquid interface and droplet size, and the relation between average moving velocity of solid-liquid interface and droplet size can be expressed during solidification.     

Al_2O_3／Al－4Wt％Cu复合材料凝固时溶质传输及其对界面的影响

根据金属凝固过程中的守恒定律和传输原理，建立了Ａｌ２Ｏ３／Ａｌ－Ｃｕ复合材料凝固对溶质传输的数学模型．利用所建立的模型，对Ａｌ２Ｏ３／Ａｌ－４Ｗｔ％Ｃｕ复合材料凝固过程中的温度和成分分布以及凝固进程进行了数值模拟．研究了复合材料凝固时的溶质传输以及对纤维／基体界面的影响，讨论了溶质在界面富集的原因．     

铝镁合金固-液界面能分子动力学模拟与计算

通过实验及计算测得准确的固-液界面能,对于理解并掌握该合金凝固及形核的过程具有很大的帮助.用分子动力学方法对铝的均质形核过冷度进行了模拟,运用模拟得到的均质形核过冷度计算得到对应固-液界面能的值.进一步得到了Al在熔点温度下其理想光滑固-液界面的固-液界面能σ0,通过σ0对铝在不同温度下及Al-Mg在共晶温度和成分点的固-液界面能进行了预测.计算结果发现：不同均质形核过冷度计算得到的Al在熔点温度下其理想光滑固-液界面的固-液界面能σ0分别为0.199 8,0.199 9,0.199 8J/m2;由σ0对Al-Mg合金固-液界面能的预测的结果及凹槽法所得到的实验值分别为0.155 1J/m2和0.149 2±0.019 4J/m2,其误差小于4%.     

基于元胞自动机法的铝合金定向凝固过程微观组织数值模拟

基于溶质扩散和界面能的作用,考虑成分过冷、曲率过冷和界面能各向异性和界面扰动,并改进了溶质再分配的算法以及界面液相浓度偏导数的离散格式,建立了凝固过程中晶体的生长模型。利用此模型并采用元胞自动机方法对铝合金定向凝固过程中的平界面、胞状和枝晶状三种典型界面形貌演化进行了模拟,并把模拟参数和模拟结果与经典凝固理论进行了比较,发现在G/V值略小于成分过冷判据给出的临界值时就已经获得平界面。并验证了平均一次枝晶间距与温度梯度和抽拉速度的变化关系,与理论结果吻合较好。     

凝固偏析对氧化铝/铝-铜合金复合材料性能的影响

利用挤压铸造技术制备氧化铝／铝-铜合金复合材料，研究了凝固偏析对复合材料机械性能的影响．结果表明：复合材料在凝固过程中由于选择结晶，基体中的溶质元素偏聚在纤维／基体界面或晶界上；纤维加速了复合材料的时效强化过程，随着纤维体积分数的增加，复合材料的硬度、强度、弹性模量增大，而塑性下降；随着预制件预热温度的升高，冷却速度减慢，凝固偏析加剧，复合材料的机械性能下降．     

双金属复合过程非稳态温度场的研究

应用数值模拟技术对双金属过程中的非稳态温度场进行计算，由于外材和芯材在凝固过程温度变化的不同特点，选择不同的权系数计算温度，同时，在温度的计算中，考虑了双金属复合结合界面热阻，凝固过程中释放潜热以及导热系数等各方面因素的影响，通过热电耦对不同位置的温度值进行采集，将采集到的温度曲线和模拟的温度曲线进行对比，结果表明模拟的温度曲线比较能够反映实际温度的变化。