耦合热力学计算研究多元合金的凝固界面稳定性

耦合热力学计算技术,获得了在实际相图条件下多元合金凝固界面的稳定性判据.以Al-0.34%Si-0.14% Mg合金为例,讨论了耦合热力学计算技术和采用二元系参数在对固液界面稳定性判断上的差别.发现在该合金中耦合热力学计算技术所获得的失稳区域要大于采用二元系参数的计算结果.通过和实验结果的对比发现,耦合热力学计算技术获得的实际相图条件下的固液相平衡和相图特性,能使对界面稳定性的判断更好的吻合于实验结果.     

考虑热力学和动力学相关性的二元合金凝固界面动力学建模

在同时考虑碰撞限制生长模式和短程扩散限制生长模式的情况下,提出一个更加完善且具有可变动力学前因子的二元合金固?液界面动力学模型.与上述两种生长模式相耦合,提出4种潜在的热力学和动力学相关性,并将其应用于平界面迁移和枝晶凝固.其中,有效热力学驱动力与有效动力学能垒间的线性相关性更符合物理实际.基于此线性热力学和动力学相关...     

试样尺寸对定向凝固Al-4%Cu合金固/液界面特征的影响

采用定向凝固方法研究不同试样尺寸对Al-4%Cu合金凝固固/液界面特征的影响.结果表明:当凝固速率v=1 μm/s时,小尺寸试样的平界面更加平直;当v=5 μm/s时,随着试样尺寸的增大,界面形态分别为浅胞-深胞一初始枝晶,同时,试样边缘的组织比中心的组织更不稳定;在相同凝固速率下,小尺寸试样的温度梯度较大,促使界面稳定性提高;试样尺寸的增大引起径向温差增大,促进溶质流动,使试样边缘产生溶质富集,从而使平界面弯曲;由于试样中心排出的溶质大部分流向界面前沿糊状区的液相中,而枝晶糊状区的液相比胞晶的多,因而形成的枝晶界面弯曲程度比胞晶的小.     

凝固速率对Cu-1.0wt%Cr合金界面形态及枝晶演变的影响

研究了定向凝固速率对Cu-1．0wt％Cr亚共晶合金凝固界面形态及枝晶生长的影响。结果表明：当温度梯度一定时，随着凝固速率的提高，初生α相形态经过平面晶-胞晶组织-粗树枝晶-细树枝晶一系列的演化；初生α相的一次枝晶间距λ1在胞晶生长阶段逐渐增大，而在枝晶生长阶段，λ1又逐渐减小；而二次枝晶间距λ2随凝固速率的增加一直减小。     

预熔二元合金异质固液界面的液膜分离势能

金属液相界面间的短程相互作用——分离势——是诸多失效过程的关键因素.此热力学参量是晶界基因组工程中的重要组成部分,精确测量分离势对合金微观界面结构与热力学性质的调控具有重要意义.基于预熔铝(100)-铅异质固-液界面体系为研究对象的分子动力学模拟,测量了6种不同温度固相铝-预熔铝膜和预熔铝膜-液相铅界面位置的涨落概率密...     

Fe-C-Si合金凝固过程中石墨的球化机理研究

采用热分析试验方法研究了Fe-C-Si合金凝固过程中过冷度的变化对石墨生长形态的影响,探讨了石墨结晶时的再辉温差与石墨生长形态间的相互关系,通过座滴法研究了液固界面能对石墨生长形态的影响.结果表明,稀土元素Ce促使石墨球化的凝固特征是显著降低了形核温度,但在添加Ce的情况下,只要提供一个小的过冷条件,石墨形态将由球状转变为片状,这种转化完全依赖于结晶时过冷度的大小,这表明过冷度的大小是影响石墨生长方式和最终形态的关键因素之一.凝固曲线表明石墨以片状形态生长时的再辉温差大,以球状生长时较小,这反映了石墨以片状生长时的速度高于球状生长时的速度.同时液态合金在石墨(0001)基面上的液固界面能高,石墨趋于球状形态生长;在(1010)棱面上的液固界面能低,石墨趋于片状形态生长.     

铌硅化物基超高温合金整体定向凝固组织和固/液界面形态演化

采用有坩埚整体定向凝固技术研究了铌硅化物基超高温合金在不同过热温度下的定向凝固组织和固/液界面形态演化.研究结果表明:在抽拉速率均为15μm/s的条件下,当过热温度为1950℃时,定向凝固组织由初生铌基固溶体(Nb_(ss))枝晶和耦合生长的花瓣状(Nb_(ss)+γ-(Nb,X)_5si_3)共晶组成;当过热温度为2000和2050℃时,凝固组织为耦合良好的花瓣状共晶;但随着过热温度进一步提高到2100和2150℃,凝固组织演变为粗大树枝状Nb_(ss)和细小共晶.随着过热温度的提高,固/液界面形态出现树枝状界面→胞状界面→树枝状界面的形貌变化.     

用NRTL方程关联二元合金溶液的热力学数据

将NRTL方程用于二元合金溶液热力学数据的关联,详细讨论了若Al-Fe,Al-Mn．Pb-Zn体系的参数确定方法。结果表明,NRTL方程适用于高温状态下的合金溶液,并且有相当高的拟合精度。     

定向凝固Nb-Ti-Si基超高温合金的共晶组织形貌演化

在熔体温度为2000℃的条件下,分别以2.5,5,10,20,50和100μm/s的抽拉速率对Nb-Ti-Si基超高温合金进行了有坩埚整体定向凝固.采用XRD,SEM和EDS等分析方法,研究了抽拉速率对定向凝固共晶组织及固/液界面形貌的影响,并分析了该合金的凝固过程.结果表明:合金定向凝固组织主要由沿着试棒轴向排列的横截面呈花瓣状的共晶胞EutecticI(Nb_ss/α（Nb,X）₅Si₃)以及分布于共晶胞周围的沿试棒轴向耦合生长的共晶组织EutecticⅡ(Nb_ss/γ（Nb,X）₅Si₃)组成.随着凝固速率的增大,组织细化,花瓣状共晶胞由以硅化物或细小共晶为中心的近似圆形形貌逐渐演变为以十字形Nb_ss为中心、α（Nb,X）₅Si₃呈片状向外辐射生长的四边形形貌;EutecticⅡ则呈沿纵向耦合生长的层片状形貌.固/液界面形貌经历了由胞枝状→树枝状→胞枝状的演变过程.     

二元合金非等温凝固过程的相场法模拟

基于Ginzburg-Landau理论,发展了一个新的相场模型.并利用该相场模型与溶质场、温度场进行耦合计算,以Al-6.5Cu合金为例模拟了二元合金非等温凝固和等温凝固的等轴枝晶生长过程.研究了凝固潜热对过冷合金熔液中的等轴枝晶生长以及溶质场和温度场的分布的影响.结果表明:潜热的释放在一定程度上抑制了枝晶的生长,使非等温凝固时枝晶没有等温凝固时发达,并且凝固界面的溶质浓度也会降低,但不会改变在枝晶生长过程中浓度分布情况.而且非等温凝固时的Peclet数值与Ivantsov理论值符合得更好.     

半固态等温处理对Cu-Ca合金组织的影响

通过对比Cu-Ca合金铸态组织,研究了半固态等温处理主要工艺参数对半固态Cu-Ca合金组织的影响,得出了其半固态组织的演变规律。结果表明,在半固态等温处理工艺参数中,影响组织的主要参数为等温温度和保温时间。在一定选择范围内,随着等温温度的升高和保温时间的延长,组织将发生由树枝晶组织到非枝晶组织的一系列转变。研究发现,保温温度为957～967℃,等温时间为45～60min时,合金的球化效果最好,圆整度最高。     

AlSi7Mg系铝合金组织的热力学分析

运用Thermo-Calc热力学软件对平衡条件下AlSi7Mg系铝合金组织进行了定量计算,研究了化学成分和温度两因素的影响规律.结果表明,AlSi7Mg系铝合金中Mg2Si强化相开始析出温度及数量主要取决于镁含量,增加镁含量可以提高Mg2Si强化相数量及其析出温度;200℃温度以上时效会导致Mg2Si强化相数量急剧下降及其强化效应的衰退,热力学计算确定的最佳固溶温度和时效温度分别在525～550℃和150～200℃之间,其结果与现有试验数据基本上相符.     

短纤维增强铝基复合材料的热循环尺寸稳定性

研究了在热循环条件下,硅酸铝短纤维增强的普通活塞铝合金（ＺＬ１０９）复合材料的尺寸稳定性。研究结果表明,热循环能导致样品的尺寸发生变化。随着纤维体积分数的增加,样品的尺寸变形程度明显降低。这是由于纤维与基体之间的热膨胀失配引起的内应力造成了热应变的迟滞,从而导致样品的尺寸变化。     

Al-Si-Mg系铝合金熔体吸氢热力学研究

通过建立铝合金熔体吸氢的热力学过程模型,分析了影响Al-Si-Mg系铝合金熔体吸氢的热力学因素。结果表明,降低空气湿度、熔炼温度、压力有利于降低铝液吸氢速率;Si、Mg含量与空气/铝液界面处的氢含量成线性关系,提高Si含量、降低Mg含量有利于降低空气/铝液界面处的氢含量,从而降低铝液的吸氢速率。     

共晶和过共晶铝硅合金活塞尺寸稳定性的研究

研究了两种共晶和两种过共晶铝硅合金活塞在２００℃的长期时效过程中的尺寸稳定性。研究发现，随着时效时间的延长，所有活塞顶部的直径都呈现不可逆长大；过共晶铝合金活塞的尺寸稳定性高于共晶铝合金活塞；共晶铝硅合金活塞顶部直径有两次突然长大，而过共晶铝合金活塞仅有一次。作者初步解释了上述现象     

ZL107合金热力学显微组织分析

应用热力学计算对平衡条件下ZL107合金组织进行了定量分析,研究了化学成分和温度对ZL107合金组织的影响规律,并对该合金的显微组织进行了观察。结果表明,ZL107合金中Al2Cu强化析出相开始析出温度及数量主要取决于Cu含量,增加Cu含量可以提高Al2Cu相数量及析出温度。在210℃以上时效会导致Al2Cu相数量下降。热力学计算确定的最佳固溶温度和时效温度分别在510～520℃和150～200℃之间,热力学计算结果和试验结果相符。     

二元Zr基金属间化合物玻璃的形成

通过磁悬浮熔炼+铜模吹铸法制备出直径为φ2 mm的Zr-Cu、Zr-Ni、Zr-Co二元合金试样,研究了二元Zr基金属间化合物玻璃的形成。结果表明,Zr41Cu59二元合金成分点处在过冷液体吉布斯自由能最低和发生共晶反应的交界成分区域处;Zr49.5Ni50.5二元合金成分点处在共晶反应成分区域内;Zr67Ni33、Zr67Co33、Zr50Co50二元合金成分点处于金属间化合物吉布斯自由能最低的成分区域内。二元合金过冷液体吉布斯自由能最低的成分区域范围较小,要准确判断出金属间化合物玻璃的形成区域很困难,对制备工艺要求较高。     

压铸镁合金微观组织模拟

采用CellularAutomaton微观模型 ,对压铸镁合金的三维微观组织演变进行了模拟。在模拟过程中 ,采用连续形核模型处理液态金属的异质形核现象 ,通过正态分布函数描述形核质点密度随温度的分布关系 ,在给定过冷度时对分布函数积分可得到该时刻的形核密度 ,晶粒生长模型则考虑了枝晶尖端生长动力学和择优生长方向 <10 10 >,也考虑了温度场的影响 ,并完成了宏观温度场和微观计算的耦合。最后通过压铸镁合金标准拉伸试棒金相试验 ,对模拟结果进行了验证 ,试验结果和模拟结果在平均晶粒尺寸方面符合较好     

液压平衡回路稳定性与爬行原因的分析

分析了液压平衡回路稳定性与爬行原因及排除方法的关系。为排除此类故障，正确使用和设计平衡回路提供了科学依据。