Cu-55Sn亚包晶合金的定向凝固组织研究

考察了定向凝固速率在0．5～100μm／s范围内的Cu-55Sn亚包晶合金凝固组织及凝固速率对微观组织形态、界面温度及相含量的影响。结果表明，定向凝固组织由初生ε相、包晶η相和共晶体（η＋sn）组成。定向凝固速率在0．5～1．0μm／s范围内时，初生相连为一体，包晶相呈块状嵌于初生相内；当凝固速度大于5μm／s，组织为常见的包晶η相包裹ε相的板条状，其中ε相为领先相，不能形成ε相和η相等温界面的耦合生长，与最高界面生长温度假设的分析相一致。定向凝固过程中包晶转变不明显，包晶η相大部分由液相直接凝固而成，并且随冷却速度增大，凝固时间减少，包晶相含量先增后减，在10μm／s附近出现极值。     

高硅含量过共晶铝硅合金半固态重熔组织演变

采用水淬实验研究熔铸法制备的Al-25%Si合金半固态重熔组织演变,对初生硅相的尺寸、形态和体积分数进行定量统计和表征。结果显示:在共晶温度以上保温过程中,合金组织经历了共晶硅的粒状化和溶解、初生硅相熔断和尖角钝化以及形态圆整化3个阶段。初生硅相在重熔过程中发生"Oswald"熟化粗化,尺寸增加,同时形状因子增大,体积分数减小。合金在590~600℃保温30~50 min,初生硅尺寸粗化速率缓慢,形态圆整并且体积分数可控,可以满足半固态加工要求。尺寸粗化速率常数K与合金的初始凝固冷却速度和加热温度有关。其中,在钢模中凝固的合金的K值为23.83~38.88μm3/s,且随加热温度升高,K值减小;铜模中凝固的合金K值为10.91~19.87μm3/s,温度升高,K值增大。     

冷却速率对共晶型活塞铝合金铸态组织及性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和万能试验机等分析了冷却速度(0.11、0.29、14.93℃/s)对Al-13Si-4Cu-1Mg-2Ni合金显微组织、相组成和力学性能的影响。结果表明:合金凝固期间形成的强化相主要包括共晶硅、M-Mg_2Si相、γ-Al_7Cu_4Ni相、δ-Al_3CuNi相、ε-Al_3Ni相、Q-Al_5Cu_2Mg_8Si_6相等。随着冷却速度的提高(0.11~14.93℃/s),合金晶粒尺寸由81.4μm减小到30.4μm,ε-Al_3Ni相消失,Q-Al_5Cu_2Mg_8Si_6相出现,白色δ相和γ相由尺寸很大的网状、团簇状变成了尺寸较小的网状、汉字状。铸锭铸态力学性能明显提高,硬度由0.11℃/s时的80.9 HB提高到14.93℃/s时的125.7 HB,抗拉强度由189.3 MPa提高到282.5 MPa,断后伸长率由1.6%提高到2.8%。     

凝固冷却速率对铸态A356铝合金固溶热处理的影响（英文）

通过对凝固冷却速度分别为96K/s和3K/s的阶梯模具制备的A356铝合金在540°C下进行固溶热处理,观察和分析该合金经过不同时间固溶处理后共晶硅形貌和拉伸性能的变化,研究凝固冷却速率对A356铝合金固溶热处理的影响。结果表明,凝固过程的冷速不仅能有效地改变合金中共晶硅的形貌,而且高的凝固冷速能缩短合金的固溶热处理时间、加速共晶硅形貌的演变和提高拉伸性能。而A356铝合金中共晶硅的断裂、球化和粗化行为在固溶热处理过程中通过先后两个阶段完成:首先主要是共晶硅的断裂和球化,随后是共晶硅的粗化。     

两种典型Al-Cu及Ni-NbC共晶合金的定向凝固组织演化

利用垂直Bridgman法结合液态金属冷却法在恒定的液相温度梯度,凝固速率由2μm/s到490μm/s之间对Al-40%Cu合金进行定向凝固实验,凝固速率由5μm/s到100μm/s之间对Ni-11%NbC合金定向凝固。结果表明:Al-38%Cu合金定向凝固下的组织为耦合的片层共晶和少量的领先相的混合结构,随着凝固速率的逐步提高,共晶界面形态由平界面向胞界面转化,且领先相为非小晶面方式生长。Ni-11%NbC合金定向凝固下的组织为全耦合生长的棒状共晶,当凝固速率有一定幅度的提高时,平界面将会失稳。且初生相为典型的小平面生长方式。采用成分过冷理论计算这两种合金系的临界平界面速度,理论和实验较为符合。     

基于原位观察的Cu-Ni-Si合金凝固过程及机理研究

利用共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)原位观察薄带连铸Cu-3.2Ni-0.75Si合金在不同冷却速率下的凝固过程,定量分析了结晶温度和凝固组织二次枝晶间距依赖于冷却速率的函数关系.结果表明:冷却速率的提高可以显著降低合金的结晶温度,减小合金凝固组织的二次枝晶间距,当冷却速率由0.1?℃/s提高至100?℃/s时,结晶温度由1096?℃降低至890?℃,二次枝晶间距由77.5?μm减小至23.5?μm,结晶温度和二次枝晶间距依赖于冷却速率的函数关系式分别为TL→S=194×(-v/14)+895和λ2=60×v-0.11.薄带连铸的亚快速凝固特点可以显著细化合金凝固组织,抑制Ni、Si元素的显微偏析,其原因在于冷却速率的提高加大了合金熔体结晶时的初始过冷度.     

冷却速度对Al-3Fe合金凝固特性和微观组织的影响

采用冷却曲线测定、光学显微镜(OM)和X射线衍射仪(XRD)研究了冷却速度对Al-3Fe合金凝固特性和凝固组织的影响。结果表明,在冷却速度为0.69~11.8℃/s的范围内,Al-3Fe合金的显微组织均由α-Al枝晶、初生富Fe相及枝晶间的共晶组织组成,其中富Fe相主要为Al₃Fe、Al₅Fe₂和Al₆Fe相。冷却速度对Al-3Fe合金的凝固特性和凝固组织有明显的影响。随着冷却速度的提高,合金初生相形核温度和共晶反应温度降低,合金的凝固组织明显细化。     

冷却速度和热处理工艺对铸造Al-Si合金组织性能的影响

通过电导率测量、金相观察、扫描电镜分析等方法,研究了冷却速度和热处理工艺对铸造Al-9.8Si-2Cu合金微观组织和电性能的影响。结果表明:在不同浇注温度、铸模温度下,随着冷却速度的提高,凝固组织中的共晶含量增多,二次枝晶臂间距减小,而且初生相的形态也由粗大的树枝晶逐步向蔷薇状演变;通过520℃×5 h的固溶处理和200℃×8h时效处理,长条状的共晶硅被分解成短棒状甚至逐渐球化,合金的导电率提升了21.52%。     

定向凝固法控制M2高速钢中共晶碳化物形貌演变行为

采用真空布里奇曼定向凝固技术,通过控制凝固过程中的抽拉速度,制备了不同冷却速率下凝固的M2高速钢,研究了M2高速钢凝固过程中共晶组织形貌的演变及演变机制。结果表明:根据试样的抽拉速度与温度梯度之间的关系,能够实现定向凝固过程中冷却速度的精确控制,且抽拉速度与冷却速度成正比。增大抽拉速度可促进共晶碳化物由层片状向短棒状转变。当抽拉速度低于500μm/s时,共晶碳化物形貌为粗大层片状;当抽拉速度远高于500μm/s时,共晶碳化物形貌为短棒状;当抽拉速度为500μm/s时,共晶碳化物形貌为两者的混合。两种不同形貌的共晶碳化物都是M_2C型碳化物。增大抽拉速度能够促进共晶碳化物的析出,同时共晶碳化物中合金元素含量降低。当抽拉速度从20μm/s增加到10 000μm/s时,马氏体(110)晶面间距从2.060 7■减小至2.055 3■。     

不同冷速下Mg_2Si生长方式的转变及转换点计算

研究了不同冷却速度下铝合金熔体中Mg2Si的生长特征。结果发现,在常规凝固条件下,当凝固速度较慢时初生Mg2Si呈现为等轴晶;随着凝固速度增加,由等轴晶转变为树枝晶,晶体尺寸有所减小,但是树枝晶明显变长;进一步增加常规条件下的凝固速度,初生Mg2Si相尺寸更加细小,但是树枝晶的长度仍然超过了200μm,并以小平面的方式生长。在大过冷度和大冷却速率的条件下,Mg2Si相生长方式却发生了转变,由小平面生长转变为非小平面生长。经过计算,发现临界转换的冷却速率为1.169×106℃/s。     

冷却速度对过共晶铝硅合金凝固组织和耐磨性能的影响

试验研究了在不同的冷却速度下凝固的Al-20%Si和Al-30%Si(质量分数,下同）合金的组织和耐磨性。实验结果表明,冷却速度对过共晶铝硅合金的凝固组织和耐磨性能有显著的影响。随着冷却速度的增加,Al-20%Si和Al-30%Si合金的凝固组织组成,初生硅的形貌和尺寸都发生明显的变化：冷却速度小于0．1K/s 的炉冷试样和冷却速度小于1K／s耐火砖型铸造试样的凝固组织由（α＋Si)共晶和初生Si相组成,初生Si相呈粗大的片状,共晶Si呈针状;冷却速度约10K/s的金属型铸造试样的凝固组织由（α＋Si)共晶,枝晶状α相和初生Si相组成,初生Si相为块状或长条状,共晶Si呈细小的针状,并且凝固组织中出现的枝晶状α相;凝固速度为（10^3-10^5)K/s的过喷粉末的凝固组织也是由（α＋Si)共晶,枝晶状α相和初生Si相组成,初生Si相为块状,而喷射沉积快速凝固Al-20%Si和Al-30%Si合金的沉积组织都是由Si相和α相组成,细小的Si相均匀分布在α基体中。随着冷却速度的增加,Al-20%Si和Al-30%Si合金的凝固组织中初生硅的尺寸明显减少,磨损机制发生变化,合金的耐磨性显著增加。     

不同冷却速率下Zn-2Ni合金包晶凝固研究

采用SEM、EDS及XRD研究了Zn-2Ni合金从750 ℃以不同冷却速率冷却的包晶凝固组织特点.结果表明,冷却速率为0.04 ℃/s时Zn-2Ni合金凝固组织中的包晶γ相仅局部依附于初生γ相上生长;冷却速率为1 ℃/s和36 ℃/s时合金凝固组织中均未能观察到包晶δ相;表明Zn-2Ni合金发生包晶凝固时有别于常规包晶凝固特点,包晶δ相在初生γ相上形核困难且生长速率缓慢.     

Al-25％Si合金过热处理后的凝固行为和组织研究

研究了熔体过热温度、冷却速度及浇注温度对Al-25％Si合金凝固形核温度、初生硅尺寸和数量分布的影响.结果显示,过热温度增加、冷却速度增大均会影响初生硅形核温度.随过热温度升高,形核温度增加,直至1 000℃过热后形核温度降低.增加冷却速度使形核温度进一步升高.不同冷却速度下,初生硅相尺寸和数量随过热温度增加以相同规律变化,1 000℃时尺寸细化达到最小值,数量达到最大值.冷却速度对初生硅尺寸的影响与过热温度有关,低过热温度下,增加冷却速度有利于初生硅相尺寸细化,过热温度升高,冷却速度对尺寸的影响逐渐减小.熔体过热处理对初生硅相的影响还与浇注温度有关,降低浇注温度,初生硅尺寸粗化,同时硅颗粒数量减少.Al-25％Si合金熔体高温过热处理后在850℃浇注,能够将初生硅相尺寸细化至30μm以下.     

加热温度和冷却速度对亚共晶高铬铸铁微观组织的影响

采用淬火变形膨胀仪测量高铬铸铁在不同冷却速度下的膨胀曲线,研究了加热温度和冷却速度对高铬铸铁热处理冷却过程中其微观组织转变的影响规律。结果表明,在较低冷速下微观组织为典型的亚共晶白口铸铁组织形态,由初生奥氏体的低温转变组织和共晶体组成;在冷却速度为3℃/s时开始出现马氏体组织,并优先在共晶奥氏体区域大量形成;随着冷却速度的增加,马氏体量逐步增多,在10℃/s冷速下为连续的马氏体基体组织和共晶碳化物。二次碳化物在初生奥氏体区大量弥散析出,而在共晶奥氏体区近共晶碳化物周边位置没有二次碳化物生成,远离共晶碳化物的区域有少量二次碳化物的析出。随着加热温度的升高和冷却速度的增加,初生奥氏体和共晶奥氏体区的珠光体片层间距均逐渐减小。     

抽拉速率对定向凝固Ni-45Ti-5Al合金微观组织的影响

采用Bridgman型液态金属冷却定向凝固方法,研究Ni-45Ti-5Al(摩尔分数,%)合金在不同抽拉速率(20、100和200μm/s)下定向凝固后的相组成及其形态特征。结果表明:Ni-45Ti-5Al合金定向凝固生长区呈现明显的柱状晶生长形态,定向效果良好,NiTi基体以[100]方向为择优取向,Ti2Ni析出相沿[111]晶向择优生长。随着抽拉速率的提高,Ti2Ni相更加细小、分散,由在胞晶界上几乎连续分布改变为断续分布。在20～200μm/s的宽生长速率范围内,均以胞状晶形态生长,固/液界面形态没有发生显著变化;随着抽拉速率从20μm/s增加到200μm/s,定向胞晶组织明显细化,平均胞晶间距由85μm减小到25μm。     

冷却速率对Al-5Zr中间合金凝固组织的影响

研究冷却速率对Al-5Zr中间合金中Al_3Zr相尺寸形貌的影响,并分析冷却速率对Al_3Zr相形核与长大速率的影响。结果表明:随冷却速率由耐火模的2.0℃/s提高到铜模的45.6℃/s,初生Al_3Zr相由粗大板条状转变成细小的片层状。当冷却速率分别为2.0、29.3和45.6℃/s时,试样中初生Al_3Zr相长轴平均长度分别为215、175和45μm,对应最大尺寸Al_3Zr相的长轴长大速率分别为5.4、53.2和38.4μm/s,试样中形核数量分别为23、54和309 mm~(-2)。     

铸造冷却速度对硅锰黄铜组织和性能的影响

研究了铸造冷却速度对硅锰黄铜合金的微观组织、力学性能及摩擦磨损性能的影响。结果显示:随着冷却速度的增加,合金中的硅锰相颗粒尺寸变小,分布也更均匀化。冷却速度为8×104℃/s时,硅锰相的长为5～15μm,宽为1～2μm;冷却速度为3.5×102℃/s时,长为10～50μm,宽为2～5μm;冷却速度为4.28×10-2℃/s时,长为15～50μm,宽为5～10μm。此外,合金的硬度随冷却速度的增加而增加,磨损体积随冷却速度的增加而减少,但是摩擦系数变化不大。     

低速包晶反应三相区重熔与凝固界面的稳定性(英文)

通过定向凝固实验,研究Cu-Ge合金中的包晶反应过程。大的包晶反应三相区被用于研究包晶反应期间三相区界面的稳定性。在不同的生长条件和成分下,三相区呈现不同的生长形态。在Cu-13.5%Ge亚包晶合金中,随着抽拉速率从2μm/s提高到5μm/s,观察到了包晶相界面的失稳现象,而此时初生相的熔化界面相对稳定。但在Cu-15.6%Ge过包晶合金中,当抽拉速率达到5μm/s时,初生相重熔界面呈现非平面形态。基于成分过冷理论,分析初生相重熔界面和包晶相凝固界面的形态稳定性。     

Pb-Bi包晶合金定向凝固微观组织演化

对Pb-(26,28,30,34)Bi(质量分数,%,下同)包晶合金进行平界面生长的低速定向凝固到枝晶状生长的高速定向凝固实验,研究了Pb-Bi包晶合金的微观组织形成及其演化。实验结果表明,在温度梯度G=30K/mm条件下,当凝固速度V=0.25μm/s时,初生α相和包晶β相均以平界面生长,凝固组织的演化过程为:单相初生α相→两相竞争组织→β单相。V=0.5μm/s时,定向凝固组织的演化过程为:单相初生α相→胞状α相+胞间包晶β相→α+β两相竞争组织→β单相。在G=20K/mm条件下,当凝固速度V=1μm/s时,初生α相以胞状领先生长,包晶β相则在胞状α间形核生长,并包裹住α胞。当凝固速度增加至V≥2μm/s时,初生α相由胞状转变为枝晶状,包晶β相则在枝晶间包围α枝晶。     

冷却速率对Cu_(70)Zr_(30)合金初生相及包晶转变的影响

采用差热分析与阶梯铜模喷铸技术,研究不同冷却速率作用下Cu70Zr30合金初生相尺寸、形貌以及包晶层厚度等的演化规律,讨论相选择与包晶转变的形成机理。结果表明:近平衡凝固条件下,差热分析试样中初生相形成与包晶转变的发生温度分别为1042℃和957℃,均滞后于平衡相图中相应的温度。由于包晶相两侧成分区间相差不大,且固态中原子扩散系数较小,因此,平均包晶层厚度仅为5μm,并存在残余的Cu51Zr14初生相。铜模喷铸条件下,非平衡凝固组织中初生相结构未发生改变,但包晶转变得到有效抑制。随冷却速率提高,过冷度的增加有利于形核发生,初生相形貌从定向束状向等轴晶发生转变。