稀土铈对钢的枝晶偏析的影响及其作用机理的探讨

<正> 一、前言 钢的枝晶偏析对铸件和铸锭的质量有很大的影响。铸件和铸锭在树枝晶凝固过程中溶质要发生再分配,树枝晶主干具有最小的溶质浓度,从而产生元素的枝晶偏析。 枝晶偏析使得枝干和枝晶间奥氏体转变特性不同,因而得到不同的显微组织,从而引起强度、硬度和其它性能的不均匀,以致在组织组成间形成应力集中或导致裂纹产生。     

生长速率对NiAl-43V(Dy)合金定向凝固组织的影响

用高温梯度定向凝固液态金属冷却技术(LMC,GL=310 K/cm)制备NiAl-43V-x Dy(质量分数x=0,0.05%)过共晶合金,研究定向凝固生长速率对两种成分合金固液界面形态和稳态区组织演变影响,同时对比研究微量Dy对NiAl-43V合金定向凝固组织的影响。结果表明:在6~150μm/s内两种合金固、液界面均为胞枝共存界面;两种合金凝固组织均由初生V相和共晶组织(片层V相+NiAl相)组成,随生长速率增大,合金凝固组织中枝晶析出增多,枝晶体积分数增大,共晶组织和枝晶得到细化。在NiAl-43V合金中加入质量分数为0.05%的Dy使Gibbs-Thompson系数减小,在相同生长速率下,微量Dy可使共晶层间距减小,溶质原子重新分配,枝晶尖端过冷度降低,枝晶体积分数减小,枝晶间溶质原子浓度增加使一次枝晶间距增大;微量Dy可抑制初生枝晶生长。     

Ti-Al合金凝固过程中的枝晶生长研究

将元胞自动机法和有限差分法相结合,建立焊接熔池凝固过程中枝晶生长模型。运用此模型对Ti-Al合金凝固过程显微组织进行模拟研究,分析形核数及冷却速率对显微组织的影响。结果表明:Ti-Al合金焊缝处显微组织主要表现为柱状晶,且随时间的延长,枝晶之间竞争生长激烈,高次枝晶随之产生;形核数增加,枝晶间距减小,高次枝晶生长受限,出现胞枝混合现象;冷却速率不仅影响枝晶生长速度和枝晶臂间距大小,而且带来严重的溶质浓度偏析。     

Al-5Ti-1B、Ce复合添加对铸造铝合金组织和性能的影响

通过复合添加Al-5Ti-1B和Ce,研究Al-5Ti-1B含量对A356.0铝合金组织和性能的影响。结果表明:添加Al-5Ti-1B后,α-Al的二次枝晶间距、共晶硅的平均等效直径均降低,而共晶硅圆整度提高。随Al-5Ti-1B添加量增加,α-Al的二次枝晶间距、共晶硅的平均等效直径和圆整度均先减小后增大,而合金伸长率则先提高后降低。此外,加入适量的Al-5Ti-1B有效促进Ce与Fe形成α-AlSiFeCeMg汉字状富铁相。当Al-5Ti-1B质量分数为0.25%时,合金的综合组织力学性能最佳。α-Al的二次枝晶间距、共晶硅等效直径较未添加时分别降低6.2%和15.1%,而共晶硅圆整度和伸长率分别提高25.4%和42.4%。     

Mg-14Zn-5Al合金原始组织对其部分重熔行为的影响

用圆锥铜模制备不同冷却速率下Mg-14Zn-5Al合金的铸态试样,研究冷却速率对合金的铸态组织以及不同原始铸态组织对其部分重熔行为的影响。结果表明:随着冷却速率的减慢,Mg-10Zn-5Al合金的铸态组织经历了细小的枝晶→粗大枝晶→等轴晶的过程;由枝晶向等轴晶转变的原始组织经部分重熔后,其平均晶粒尺寸呈先增大后减小再增大的变化趋势,其圆整度呈先减小后增大的变化趋势,固相率变化不大;当原始组织以细小的等轴晶为主时,其重熔后的组织较好,此时Mg-14Zn-5Al合金的平均晶粒尺寸为44.5~48.6μm,圆整度为1.32~1.43,固相率在60%左右。     

铝金属凝固微观组织模拟相场法技术研究

对研究铝金属微观组织模拟相场法技术的数学模型及扰动对枝晶生长的影响进行了研究;在相场法数学模型基础上,对有扰动和无扰动情况下的铝金属凝固枝晶生长进行了模拟;研究结果表明,不加扰动时,晶粒的生长是沿着主干方向进行,光滑且不出现二次枝晶,加扰动时,晶粒生长出发达的侧枝。相场法可以直接模拟金属凝固过程中枝晶生长的形成过程。     

铸态Al_(63)Cul_(25)Fel_(12)准晶材料的相分析及微观结构研究

采用普通铸造法在真空中频熔炼炉中制备了Al63Cu25Fe12准晶合金试样,利用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析仪和X衍射衍射仪,分析了准晶相和其它类似相的微观组织及相的变化。结果表明:铸态Al63Cu25Fe12准晶合金主要由λ相、I相、β相和其它微量相组成;采用各部位冷却速度不同的圆台式浇铸模具对合金进行浇铸,冷却速度较快的铸锭底部准晶I相的含量低于冷却速度较慢的铸锭顶部;Al63Cu25Fe12准晶合金经过750℃×8 h的退火处理后,λ相、β相及其它微量相有向准晶I相变化的趋势。     

ULCB钢焊接熔池CET转变数值模拟研究

基于元胞自动机法和有限差分法(CA-FD)建立ULCB钢熔池凝固枝晶生长的数值模型,应用该模型模拟ULCB钢埋弧焊对接接头熔池凝固时,初生柱状晶结晶转变为次生等轴晶结晶过程中的枝晶生长与溶质浓度的变化。结果表明:焊接熔池凝固开始时,初生柱状晶间竞争生长激烈,主干枝晶长大方向同于温度梯度较大的方向,且生长速度较快;其他方向受抑制较严重,但在竞争中慢速持续生长;同时,在初生枝晶与初生枝晶臂之间、初生柱状晶与次生等轴晶之间的残余液相中,溶质积累,凝固过程结束后形成严重的枝晶偏析。     

铝合金压力凝固组织特征

对LY12铝合金和Al-5.45Si合金液态模锻时结晶凝固过程的传热特点与组织形态进行了实验研究,首先实验测定了机械静压力以及模具预热温度和加压开始时间等工艺参数对凝固速度的影响,在此基础上实验分析了压力与主要工艺参数对二次枝晶间距、共晶体片间距的影响,进而说明了压力对相的形态分布的影响。     

稀土对铝镁硅合金铸态组织的影响

本文采用阳极复膜、光镜、电镜、图象仪、DSC法等手段,系统研究了混合轻稀土(0～0.36％)对Al-Mg-Si合金铸态组织的影响。结果表明,稀土细化枝晶组织有一临界含量,当稀土量大于该含量时,稀土才会较显显地细化枝晶组织;稀土细化晶粒在低含量时最为明显;随着稀土含量的升高,液体表面张力减小,(FeSiAl)相中的Fe逐渐被Ce和La所取代。从铸态组织考虑,Al-Mg-Si变形铝合金中以加入0.15～0.30％RE为宜。     

Ti-12Nb-12Zr-2Mo合金铸件微观组织与性能研究

采用水冷铜坩埚真空感应熔炼炉及氧化锆陶瓷壳型,制备Ti-12Nb-12Zr-2Mo合金人体假肢关节精密铸件,分别进行真空退火和淬火处理。利用光学显微镜XRD,TEM观察和分析微观组织,在25,0,-25,-50 ℃下测试材料抗拉性能和弹性模量。结果表明：铸态和退火状态下合金的组织均为α+β相组成,淬火状态下合金组织由β+α′相组成。室温下铸态合金具有较高的抗拉强度和伸长率,淬火处理使强度增加、伸长率降低;随着试验温度的降低合金的强度升高,伸长率降低,弹性模量保持在70~73 GPa。     

激光熔铸修理航空铝合金LY12CZ组织与疲劳性能

为修复腐蚀损伤的飞机铝合金构件,使用铝基稀土合金粉末,对预置模拟腐蚀损伤的铝合金(LY12CZ)试样进行激光熔铸修复,分析试样修复后熔铸层的显微组织结构,并对熔铸修理试样和无损试样进行疲劳对比试验。结果表明:熔铸层内为尺寸较小的等轴晶粒,尺寸为3~4μm;靠近熔铸界面处为具有定向凝固特征的柱状枝晶,晶轴垂直于界面,轴向尺寸可达30~40μm;激光熔铸修复的试样疲劳性能较完好试样大幅下降,主要原因为熔铸层内的熔铸加工缺陷形成了裂纹源,熔铸层底部的柱状枝晶具有较强的应力开裂倾向,熔铸残余拉应力加速裂纹的萌生与扩展。     

离心铸造WC/钢组织结构的研究

选用GCr15轴承钢为基体,WC颗粒为增强相,采用离心铸造工艺制备WC/钢复合材料—LGJW20。用金相分析、电镜扫描(SEM)、X射线衍射(XRD)及能谱分析(EDS)等方法研究材料铸态的相变过程及显微组织。研究结果表明:LGJW20显微组织中基体主要为细小的珠光体组织,基体中析出大量M23C6及MC型等细小碳化物颗粒;WC原始颗粒以各种复式碳化物的形式析出,分别形成枝状或鱼骨状共晶碳化物、网状二次碳化物及大块状碳化物。     

用过滤工艺全面提高铸锭质量

探讨了过滤器孔径对6063铝合金铸锭组织和性能的影响规律。在此基础上指出,在过滤工艺恰当时,不仅可以减少铸锭中的夹杂物,而且可以有效地防止裂纹、羽毛晶等连续铸锭中的常见缺陷。     

冷却速度对短纤维增强Al-4.5Cu合金复合材料的凝固偏析的影响

用挤压铸造法制备Al2 O3f/Al— 4Cu复合材料 ,研究了冷却速度对复合材料凝固偏析的影响。结果表明 ,Al- 4Cu合金初晶在纤维间隙中生核长大 ,纤维不能作为α初晶非自发形核衬底 ;复合材料基体中存在由纤维间隙中心至纤维 /基体界面或晶界处渐增的Cu浓度梯度 ,纤维周围存在共晶第二相偏析 ;冷却速度增大 ,凝固偏析加剧 ;复合材料中由于非平衡结晶生成共晶组织的量可由Clyne-Kurz公式定量计算     

钛合金炮口制退器铸造-挤压成形强化技术研究

对钛合金铸造方坯进行不同程度的温变形,研究其变形强化组织和性能,并对组织变化过程进行了讨论,结果表明,直接应用铸造坯料进行塑性变形可以提高材料的强度和塑性。     

快凝块体镁合金的制备及准静态力学性能研究

采用铜模浇铸法成功制备快凝块体镁合金,并对铸态镁合金和快凝镁合金的组织结构和准静态力学性能进行对比研究。结果表明,快速冷却技术使得镁合金的显微组织得到有效细化,"相的形态由铸态合金中的连续网状转变为非连续细小粒状;快凝镁合金的压缩断裂强度高达494MPa,比铸态镁合金提高77%。     

热处理对356铝合金阻尼性能影响的研究

研究了热处理对 35 6铝合金的组织和阻尼性能的影响。结果表明 ,铸态变质组织由发达α相枝晶和α +β共晶体组成 ,其中硅相 β呈块状和短条状。经过 5 35℃保温 5h后水冷的固溶化处理 ,硅相基本变成了细小圆形质点相 ,而α相枝晶宏观组织变化不明显。在 15 0～ 2 5 0℃的温度区间内进行的时效处理对硅相形态和α相的宏观组织亦没有明显影响。 35 6合金铸态试件的阻尼值较低 ,仅为 5 .5 4× 10 -4。固溶并淬火态合金阻尼为 6 .4 7× 10 -4。对合金在 15 0℃下保温 4h后空冷的退火处理 ,阻尼增至 1.11× 10 -3 ,但当时效温度过高时 ,阻尼反而下降。 35 6合金的阻尼主要是位错阻尼引起的 ,即外加交变应力作用下的位错振荡耗能     

高强度变形铝合金半连续铸锭热裂纹的控制

采用半连续铸造工艺试制的高强度变形铝合金圆铸锭,热裂纹是常见的铸造缺陷。对热裂纹的形成原因和影响因素进行分析,并根据采取的措施,制定了合理的工艺流程。结果表明,通过调整合金成分、熔炼工艺和铸造制度,减少了铸锭的热裂纹倾向。