共晶凝固的研究进展

基于溶质扩散、表面张力和热传输的耦合作用以及晶体生长行为,论述了共晶凝固研究中的几个热点问题,包括规则共晶生长、非规则共晶生长、快速共晶生长和共晶界面稳定性．     

Fe—C—Cr合金三相共晶与四相包共晶反应对铬系白口铸铁组织的影响

以Fe-C-Cr三元合金相图分析了不同成分的铬系白口铸铁的凝固过程,阐述了三相共晶及四相包共晶反应对其微机组织的影响。通过试验对比,提出了合金元素对铬系白口铸铁微观组织的影响主要是通过对其三相共晶及四相包共晶反应过程的影响而产生。     

一类反应扩散方程的行波解

用试探函数法求解得到一类反应扩散方程行波解的通解,得到了连接不同平衡点的异宿轨道,并且验证了当参数m=1时解的正确性; 因此,可以把该解推广到高维的反应扩散方程中.     

铝铜合金凝固过程的微观偏析

本文对胞状晶和树枝晶在凝固过程中的溶质分配进行了研究。证明凝固过程中的溶质再分配和不平衡结晶是产生微观偏析的主要原因。在成分过冷度较低条件下形成的的Al+0.5%Cu 胞状晶中,在胞晶结点上溶质量可这名义成分的8倍以上,且没有发现有非平衡的共晶物。在成分过冷度很大条件下形成Al+1.0%Cu 的树枝晶中,最大固溶限降低到2.3～2.4%左右,在树晶间出现孤立的非平衡结晶的共晶物,共晶物成分为27～28%左右。     

三元Pb-Sb-Sn合金的快速凝固及组织特征

实现了三元Pb-12%Sb-4%Sn和Pb-15%Sb-10%Sn合金在深过冷条件下的快速凝固,实验中获得的最大过冷度分别为65 K(0.13TE)和70 K(0.13TL)。XRD分析表明,这两种合金在实验过冷度范围内均由(Pb)固溶体、(Sb)固溶体和SbSn金属间化合物三相组成。在小过冷条件下,Pb-12%Sb-4%Sn共晶合金的三相以层片状交替分布,协同生长。随着过冷度增大,(Sb)作为初生相以小平面方式生长,且三元层片共晶组织显著细化。对于Pb-15%Sb-10%Sn合金,其凝固组织由初生相、二相共晶和三元共晶组成,初生SbSn相以具有小平面特征的枝晶方式生长。在实验基础上,对三元Pb-Sb-Sn合金的形核特征和生长规律进行了理论分析。     

CA法模拟各向异性和Gibbs-Thomson参数对枝晶生长的影响

基于溶质扩散和界面能的作用,考虑成分过冷、曲率过冷、界面能各向异性和界面扰动等因素,建立了单个枝晶的生长模型.应用该模型将有限体积法与元胞自动机相结合,对Al-4%wtCu合金的枝晶生长过程进行了计算机模拟研究.结果发现:界面能各向异性和Gibbs-Thomson参数对枝晶的形貌和生长速度有着重要影响,随着Gibbs-Thomson系数和各向异性强度的减小,枝晶臂沿优先生长方向出现分裂,且生长速度也随之减小.     

扩散控制的强制性枝晶凝固

本文对SCN基模型合金和金属合金Al—Cu进行了强制性枝晶生长的实验研究,测量并讨论了枝晶端部温度、枝晶端部溶质成分和有效溶质分配系数及其变化规律。分析了强制性枝晶生长过程的扩散传输,指出强制性生长动力学机制受控于枝晶端稳定性行为。实验结果进一步揭示了强制性枝晶凝固的规律。     

论溶液中外场对溶质扩散的协同强化作用

从液体似晶结构的“格子”理论出发,推导了有外场存在情况下溶液溶质扩散转移的动力学方程。通过与 Fick 定律形式比较,得到了有外场作用的溶液溶质扩散系数表达式,由此讨论了强化扩散传质过程中外场与化学势场的协同关系,即溶液溶质扩散传质流的大小不仅与各场强度量梯度的大小及系统的物性有关,还与外场同化学势场的配合有关。进一步分析得到:外场的引入之所以能够强化和控制溶液溶质扩散,其本质是外场的引入可对溶液的粘度产生影响,关于这一论点可由文献 [7] 的实验研究所证实,并与本文的理论研究结果一致。     

活性炭纤维间歇吸附系统表面扩散模型与孔扩散模型的比较

比较了活性炭纤维间歇系统当吸附等温方程为Ｌａｎｇｍｕｉｒ型时表面扩散模型与孔扩散模型，获得了两模型扩散系数可相互转换的条件，分析了用间歇吸附实验研究溶质在活性炭纤维内扩散机理的可行性，同时给出当吸附等温方程为矩型时两模型的解析解。通过实验验证了部分结论。     

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。     

Competitive growth of different phases in eutectic alloys under directional solidification

Directional solidification technique is widely applied not only to the research on the basic solidification theory, but also to manufacturing high-performance products, such as superalloy turbine blades with single crystal structure in aeronautical engines. In the field of eutectic solidification, eutectic structure can be designed more flexibly and serve at different properties compared to the single-phase structure. Furthermore, eutectic structure of in-situ composite produced by directional…     

Effect of interface kinetics on the eutectic growth

Eutectic alloy is widely used as structural and/or functional materials. The first mathematical model for the eutectic growth was established by Jackson and Hunt (JH)[1]. Assuming that crystals grow at low velocities, the lamellar spacing is much smaller than the solute diffusion distance, and the liquid composition at the solid-liquid interface is approximately the same as the equilibrium eutectic composition. They gave a relation- ship between the undercooling at the interface ?T and the e…     

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%.     

Al2O3／Zn合金复合材料凝固组织的扫描电镜观察

利用扫描电子显微镜（ＳＥＭ）观察了铸造Ａｌ２Ｏ３／Ｚｎ合金复合材料的凝固组织，研究了复合材料凝固组织的一般特征．研究结果表明，复合材料的组织致密，纤维分布均匀，基体晶粒细小；在复合材料的凝固过程中，氧化铝纤维可作为Ｚｎ合金共晶体非自发形核的衬底，纤维／基体界面上的硅在共晶体的共生生长过程中起了领先相作用，导致了复合材料的共晶转变是由铝硅共晶转变和锌铝共晶转变两部分组成．     

Phase selection and microstructure evolution within eutectic Ti-Si alloy solidified at containerless state

Phase selection and microstructure evolution of the undercooled eutectic Ti-Si alloy were systematically investigated by the electromagnetic levitation method, and the maximum undercooling achieved was 318 K (0.2T_E). The migration of the liquid-solid interface was in-situ detected by a high-speed camera system. When the undercooling is smaller than 140 K, the liquid-solid interface is smooth. Once the undercooling arrives at 230 K, the liquid-solid interface is irregular, which reflects the growth transition from the solute control to the combined controls of solute and thermal. The eutectic growth velocity increases as an exponential function of undercooling. The electromagnetic stirring effect makes it difficult to increase undercooling, but plays an important role in accelerating the eutectic reaction velocity at low and moderate undercoolings. Primary dendritic β-Ti phase appears in the solidified alloy from 63 to 176 K undercoolings, and the microstructure is completely composed of eutectic once the undercoolings increase up to 230 K. When the undercoolings exceed 273 K, the microstructure consists of uniformly distributed irregular eutectic. For the drop tube experiments, the microstructures composed of a large amount of dendritic α-Ti phase and eutectic phase are found in a wide range of diameters from 69 to 725 µm. As the decrease of diameter, the solubility of Si in the dendritic α-Ti phase dramatically increases from 6.80% to 10.73%, and the ratio of the area occupied by the dendritic α-Ti on a cross-section of solidified alloy obviously increases from 23.52% to 41.02%, which result from the combined effects of high undercooling and large cooling rate.

     

Exploring the design of eutectic or near-eutectic multicomponent alloys: From binary to high entropy alloys

Eutectic and near-eutectic high entropy alloys (HEAs) have recently attracted a great deal of interest because of their promising properties, such as an excellent castability and unique combination of good ductility and high strength. However, in the absence of a phase diagram, it remains a non-trivial task to find a eutectic or near-eutectic composition for a HEA system, which usually demands a tremendous amount of efforts if a trial-and-error approach is followed. In this paper, we briefly review the thermodynamics that governs the eutectic solidification in regular binary and ternary alloys, and proceed to the discussion for the design of eutectic HEAs. Based on the data reported, we then propose an improved strategy which may enable an efficient search for the eutectic or near eutectic HEA compositions.     

Al2O3／ZA12复合材料凝固组织的研究

利用挤压铸造制备了Ａｌ２Ｏ３／ＺＡ１２复合材料,研究了其凝固组织。结果表明,复合材料的基体组织细小,合金元素通过适当的化学反应可改善纤维与基体的结合;在凝固过程中,Ａｌ２Ｏ３纤维可作为ＺＡ１２中共晶体非自发形核的衬底,纤维／基体界面上的硅在共晶体的共生生长过程中起了领先相作用,导致复合材料的共晶转变是由铝硅共晶转变和锌铝共晶转变组成。     

Al_2O_3／Al－Si合金复合材料中硅相形貌观察

利用挤压铸造制备Ａｌ２Ｏ３／Ａｌ－Ｓｉ合金复合材料，在扫描电子显微镜（ＳＥＭ）上观察了复合材料中的硅相形貌．结果表明Ａｌ２Ｏ３纤维与Ｓｉ相之间存在共格界面，可作为硅相非自发形核的衬底；复合材料中的初生硅可在纤维表面形核生长为颗粒状；复合材料中的纤维在Ａｌ－Ｓｉ共晶体的共生生长过程中，可触发孪晶，导致纤维附近的共晶硅里变质形态．     

稀土合金对高铬铸铁共晶组织及性能的影响

高铬铸铁的韧性强烈依赖于枝晶间共晶硅化物的数量与分布。通过定向凝固试样,考察了稀土合金对亚共晶及共晶成分高铬铸铁组织的影响,测定了奥氏体(r)一次臂的横截面积(D_r)、共晶曲域直径(E_w)及碳化物间距(Fs~C—共晶区域中心碳化物间距;Fs~B—共晶区域边界碳化物间距),以及力学性能。结果表明,稀土合金对高铬铸铁的共晶组织有明显的细化作用,对其韧性也有一定的贡献。本文还对稀土的作用机理进行了讨论。