Fe10Ni90和Fe90Ni10合金结晶过程微观结构的模拟

以101 K/s、1O10 K/s两种冷速对富Ni的Fe10Ni90合金和富Fe的Fe90Ni10合金进行快速凝固,并采用原子平均势能、双体分布函数、配位数、3D可视化、最大标准团簇等方法研究了快速凝固过程中两种合金的微观结构随温度快速降低的演变.结果表明:在1010 K/s冷速下,两种合金的结晶温度一致,但Fe10N...     

分子动力学法对Cu-Ag合金熔化及凝固过程的模拟

借助镶嵌原子势(EAM)利用等压等温的分子动力学方法(NPT-MD)模拟共晶Cu40Ag60合金的熔化,凝固过程.利用径向分布函数和对分析技术研究Cu40Ag60台金在不同的冷却速率(1×1011,1×1012,5×1012,1×1013。及1×1014 K/s)下的非晶形成能力和微观结构演化.研究发现Cu40Ag60合金形成非晶态需要极大的冷却速率.模拟中的结构分析揭示了合金在冷却过程中微观结构的演化规律     

非晶合金凝固过程数值模拟研究进展

综述了非晶合金凝固过程数值模拟研究的最新成果及动态,重点介绍了与几种常见的非晶制备方法相对应的计算模型,并进行了相应的分析和评述.最后对非晶合金凝固过程数值模拟今后的研究工作进行了展望.     

Ni-Al合金凝固过程的分子动力学模拟

利用分子动力学研究Ni3Al和NiAl合金在不同冷速下的凝固过程,分析冷却过程中不同温度下的偶分布函数、能量和体积的变化.研究表明:冷却速率为4×1013 K/s时,Ni3Al形成非晶结构;冷却速率为4×1011 K/s时,Ni3Al在1 100 K左右结构开始发生变化,最终形成晶体结构.冷却速率为4×1013 K/s时,NiAl形成非晶;冷却速率为4×1011 K/s时,NiAl在810 K形成部分的晶体结构.     

单辊法制备非晶合金中冷却速率的数值计算

以非晶合金形成过程中的传热分析为基础，计算了超导热急冷设备和铜急冷设备两种设备下非晶合金快速凝固开始后的冷却速率，并计算分析了在铜辊外表面涂镍或不锈钢后对非晶合金冷却速率的影响。结果发现，超导热急冷设备对非晶合金的快速凝固效果比铜急冷设备要好，在铜辊外表面涂镍或不锈钢后非晶合金的冷却速率在凝固开始一段时间内明显降低，其中涂不锈钢后最为明显。     

Al_(0.75)Co_(0.25)非晶合金玻璃化转变的分子动力学模拟

利用开源的LAMMPS软件研究了Al_(0.75)Co_(0.25)合金的微观结构。对平均原子体积、双体分布函数和键角分布函数进行了分析。结果表明,随温度快速降低至900 K,该合金体系开始向玻璃态转变;在900~300 K这个降温过程中,径向分布函数g(r)第一峰的峰高随温度的降低反而增高,宽度变窄,第二峰出现明显的劈裂,体系呈非晶结构;温度降至300 K,键角分布函数g(θ)的第二峰峰高特别明显,表明液态Al_(0.75)Co_(0.25)合金的原子变得更加有序,同时1551键对含量增至27.5%,说明此时Al_(0.75)Co_(0.25)合金体系能很好转变为玻璃态。     

La55Al25Ni20大块非晶合金对ZA27合金凝固组织的影响

将La55Al25Ni20大块非晶合金加入到ZA27合金中,研究了非晶合金对ZA27凝固组织的影响。发现加入非晶合金后的ZA27铸锭组织中析出枝晶状、块状、小花状等第二相。第二相随机分布在基体中,使基体枝晶细化。添加等量的La55Al25Ni20晶体合金时未析出小花状第二相,且对一次枝晶的细化效果不如添加非晶合金好。电子探针（EPMA）试验结果表明,析出的第二相中含有较多的Zn元素,使初生α＇相枝晶发育不完全,产生细化,且造成了麻点区的扩大。合理利用非晶独特的晶化过程,为La55Al25Ni20大块非晶在合金添加剂方面的应用开拓了新的途径。     

一种新型Nd基块体非晶合金

在铜模铸造条件下制备了直径2．5mm的Nd61Fe30Zn9块状非晶合金．在普通DSC条件下，没有观察到这种合金的玻璃转变温度，晶化温度为730K，比Nd60Fe30Al10非晶合金的晶化温度低约70K，因此该合金的热稳定性较低．熔化行为分析表明，合金Nd61Fe30Zn9的熔化过程为单峰吸热过程，且熔化区间仅为54K，说明该合金的成分接近合金的共晶成分，但母合金的自然凝固组织不具有共晶凝固特点，表现为粗大的枝晶状组织．讨论了成分和组织对合金非晶形成能力的影响．     

大块非晶合金制备技术

结合作者近年来在喷射成型法和吸铸法制备大块非晶合金中的研究结果,概述了当今大块非晶合金制备领域的最新研究成果.采用图文并茂的形式,较为详细地介绍了目前国内外研究和应用较为集中的采用液态金属凝固法制备大块非晶合金的方法和原理,并简要分析和比较了常用的液态金属凝固法制备大块非晶合金工艺的优缺点和适用材料.为从事亚稳态金属研究提供了详实的参考.     

Zr基大块非晶合金在过冷温度区间的静液挤压塑性变形研究

通过Gleeble1500热模拟试验,选择纯铁作为挤压包套材料,然后对非晶合金在663K、应变速率8.9×10-1s-1的条件下进行了静液挤压。Zr非晶合金产生了塑性变形,但没有发生均匀粘滞性流动,而是断裂成两段。样品断口上随机分布着充分与未充分发展的“脉纹”状切变带,断面上并且出现了类似流动熔体凝固后的特征结构。高应变速率变形条件使非晶合金产生的非均匀流变,以及静液挤压时纯铁先于非晶合金的流动变形是造成非晶合金断裂的主要原因。挤压态非晶合金的过冷温度区间减小,热稳定性有所降低。     

二元液态金属AgxCu1-x快速凝固过程的分子动力学模拟研究

用quantum Sutton-Chen多体势对AgxCu1-x在冷却速率为2×1012K/s凝固过程的模拟,发现AgxCu1-x在x=35～65范围内具有形成非晶的能力,特别是对应于二元相图共晶点的Ag60Cu40在凝固过程中二十面体和其它多面体结构不仅数目大,而且还具有极为稳定的遗传性,而最容易得到非晶态合金.证实了合金化效应对非晶态合金的形成倾向和稳定性的关键作用.此外采用键对及原子多面体类型指数法对凝固过程中微观结构组态变化的分析,不但能说明二十面体结构在非晶态合金形成和稳定性中所起的关键作用,又有助于对液态金属的凝固过程、非晶态微观结构特征的深入理解.     

Zr基大块非晶合金在过冷液相区的静液挤压塑性变形研究

通过Gleeble1500热模拟试验,选择纯铁作为挤压包套材料,然后对非晶合金在390℃、应变速率8.9×10-1s-1的条件下进行了静液挤压。Zr非晶合金产生了塑性变形,但没有发生均匀粘滞性流动,而是断裂成两段。样品断口上随机分布着充分与未充分发展的“脉纹”状切变带,并且断面上出现了类似流动熔体凝固后的特征结构。高应变速率变形条件使非晶合金产生的非均匀流变,以及静液挤压时纯铁先于非晶合金的流动变形是造成非晶合金断裂的主要原因。挤压态非晶合金的过冷液相区减小,热稳定性有所降低。     

原位富Pb粒子/铝基金属玻璃基体复合材料的设计与制备

在Al-Pb二元难混溶合金的基础上添加其它的合金元素Ni,Y和Co,优化设计了新的Al_(82.87)Pb_(2.5)Ni_(4.88)Y_(7.8)Co_(1.95)多元难混溶合金。开展了该多元难混溶合金的快速凝固实验,对制备的薄带样品进行了结构表征、热稳定性分析以及显微组织形成的研究。结果表明,合金熔体在快速冷却过程中发生了液-液相分离,生成富Al和富Pb两液相;随后,富Al基体液相发生玻璃转变,形成铝基非晶合金基体,而富Pb液相凝固结晶后以球形晶态粒子形式均匀分布于铝基非晶基体中。研究表明,利用难混溶合金液-液相变原理,通过快速凝固技术可以设计和制备原位球晶粒子/非晶合金基复合材料。     

U-Rh体系非晶合金的成分设计与形成特性

为了进一步认识U合金体系的非晶形成规律,本文探究了U-Rh体系的非晶形成特性。在富U端共晶区65～80 at.% U范围内设计了系列U-Rh合金,通过真空电弧熔炼制备母锭样品与甩带技术制备条带样品,采用X射线衍射和热分析手段研究了两种样品的相组成与热行为。发现U₇₀Rh₃₀合金在急冷凝固条件下形成了部分非晶相,晶化温度为642K,晶化激活能接近200kJ/mol,与之共生的是g-U高温固溶体相,这是U基非晶合金通过急冷冻结高温U固溶体的首次证据,反映出U-Rh合金非平衡凝固相变行为的独特性。结果表明,U-Rh是一个新的铀基非晶合金体系,其非晶形成能力不强,这很可能与g-U高温固溶体能被急冷直接捕获有关。     

凝固条件对非晶合金的微观结构和性能的影响

采用不同凝固控制的方法,研究了凝固条件对非晶合金的微观结构、热稳定性以及力学性能的影响。研究表明,高温下铜模喷铸样品为完全非晶结构,而低温喷铸和电弧原位吸铸所制备的样品中存在着一些纳米量级的析出相。高温喷铸样品表现出非晶合金典型的脆断行为,但低温喷铸和原位电弧吸铸样品则表现出较高的强度和良好的塑性变形能力。高温甩带样品初始晶化温度高于相应的低温甩带样品,其长期热稳定性优于低温甩带样品,表明浇铸温度的升高增强了非晶合金的热稳定性。     

急冷U-V合金的相组成与热稳定性研究

铀-钒合金在核工业领域具有潜在应用,为更充分地了解其合金化特性,需进一步确认这种合金在急冷条件下的相组成和热稳定性。在共晶点U_(82)V_(18)附近设计了系列成分的U-V合金,通过甩带技术制备急冷条带样品,采用X射线衍射和差式扫描量热方法研究了其相组成与热稳定性。结果表明,它们在急冷凝固条件下(冷却速率达10~6K/s量级)形成了α-U固溶体、V固溶体与非晶的组成,比平衡凝固条件下多生成了非晶相。这些急冷合金在升温过程中,除了非晶晶化过程外,其他相转变过程基本符合平衡态相图特征。相比于其它合金,U_(82)V_(18)合金中的非晶相具有最高的热稳定性,这应该归功于其共晶成分优势。本研究证实了熔体凝固速率对U-V合金的相组成存在影响。     

ZnxAl100-x合金快凝过程中微结构演变特性的分子动力学模拟

采用分子动力学方法对液态Zn_xAl_100-x（x=25,50,75）合金的快速凝固过程进行了模拟,并通过键型指数与原子团类型指数表征和分析了凝固过程中熔体微观结构的演变特性.结果表明,在冷速1×10¹²K/s下,3种成分的Zn-A1合金都形成了以1551键对和二十面体（12 0 12 0 0 0）基本原子团为主体的非晶结构,并且在玻璃转变温度T_g附近熔体中1551键对和二十面体基本原子团的数目最多;随Zn含量增加,合金玻璃转变温度T_g、非晶形成能力和化学短程序参数降低.对应不同成分的合金,Zn和A1呈现不同程度的偏聚与团簇化趋势.     

Ti-6Al-4V合金异形铸件离心力场下的充型与凝固

建立了离心力场下Ti-6Al-4V合金异形铸件充型及凝固过程的数学模型,通过引入附加项将离心力场模型化,采用流函数和涡函数代替描述方程中的压力项,并建立了数学模型的差分格式,总结了离心力场对Ti-6Al-4V合金异形铸件充型和凝固过程的影响规律.结果表明,在离心力场作用下,型腔内的流动由正向流动和反向流动两部分组成,初始温度分布的非对称性使凝固过程中的温度分布始终处于一种非对称状态,从而导致铸件的最后凝固区域与中心线发生偏离.     

DESIGN AND PREPARATION OF IN SITU Pb-RICH PARTICLES/Al BASE METALLIC GLASS MATRIX COMPOSITE

在Al--Pb二元难混溶合金的基础上添加其它的合金元素Ni, Y和Co, 优化设计了新的 Al_82.87Pb_2.5Ni_4.88Y_7.8Co_1.95多元难混溶合金. 开展了该多元难混溶合金的快速凝固实验, 对制备的薄带样品进行了结构表征、热稳定性分析以及显微组织形成的研究. 结果表明, 合金熔体在快速冷却过程中发生了液-液相分离, 生成富Al和富Pb两液相; 随后, 富Al基体液相发生玻璃转变, 形成铝基非晶合金基体, 而富 Pb液相凝固结晶后以球形晶态粒子形式均匀分布于铝基非晶基体中. 研究表明, 利用难混溶合金液-液相变原理, 通过快速凝固技术可以设计和制备原位球晶粒子/非晶合金基复合材料.     

(Zr-Cu-Al-Dy)-Ta非晶/结晶复合材料及其力学性能

在Zr-Cu-Al-Dy合金中添加难熔金属Ta,利用铜模铸造法制备出Zr基非晶/结晶复合材料。复合材料的形成过程可描述如下:在凝固过程中,熔体中首先析出富Ta固溶体,剩余熔体的成分逐渐接近原始非晶合金成分,且非晶形成能力随着富Ta固溶体的析出而提高,最终形成非晶基体。富Ta固溶体多呈树枝晶状分布于非晶基体中,多数树枝晶状的固溶体尺寸大于10μm,远大于剪切带的平均厚度(约10～20nm)。压缩试验结果:非晶/结晶复合材料的宏观塑性变形量从几乎为零提高到13.5%,断裂强度也从1850MPa提高到2050MPa。