冷却速度对多元铝硅铸造合金组织与性能的影响

近共晶多元Al-Si合金在汽车、航空、军事领域有广阔的应用前景,通过改变合金冷却速度可以有效改善合金的显微组织。本文通过快速凝固甩带和水冷铜模铸造技术获得Al-11.5Si-4Cu-2.7Ni-Mg-0.45Fe合金,采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等分析测试手段,研究了两种冷却速度对合金微观组织和显微硬度的影响。结果表明,甩带样品的硬度相对水冷铜模样品提高32.22%。此外,水冷铜模铸造使合金显微组织中初生硅尺寸相对常规金属型铸造明显减小;快速凝固甩带样品元素分布较水冷铜模样品更加均匀,甩带样品的微观组织由等轴状α-Al枝晶及少量非晶相组成,不存在明显的凝固析出AlCuNi相,尤其是没有明显Si相的析出。而且,快速凝固甩带试样中Fe元素含量在不同的位置差距比较大,而Mg,Ni,Cu元素的含量差距不大,这与不同金属元素的晶格结构有关。快速凝固甩带的铝相各峰的极值位置相对于水冷铜模向左偏移,即衍射发生小角度偏移,这与合金元素的过固溶有关。     

冷却速度对Al-Si-Cu溅射靶材凝固组织的影响

采用宏观腐蚀、X射线衍射分析和扫描电镜观察,研究在不同冷却速度下凝固的Al-1%Si-0.5%Cu(质量分数,下同)合金的宏观和微观组织.实验结果表明,冷却速度对Al-Si-Cu合金的凝固组织有显著影响.随着冷却速度增大,Al-Si-Cu合金凝固组织的晶粒形状和尺寸以及第二相的大小、形貌和分布都发生明显的变化:炉冷试样晶粒为粗大树枝晶状,第二相呈带状富集在晶界处,宽度达15 μm;铁模和铜模铸造试样具有典型铸锭组织,大部分第二相呈不到3 μm宽的线状富集在晶界处,但铜模铸造试样的柱状晶区较窄,且晶粒较细小;水冷铜模铸造试样几乎完全为细小的等轴晶,晶粒尺寸小而均匀,第二相呈直径约3 μm的细小点状弥散分布在α-Al基体中,可得到成分和结构都较均匀的靶材.     

急冷Sm-Fe合金的显微结构及其氮化的研究

采用熔体急冷法,将钐含量为30%(质量分数)的钐铁母合金在高真空旋淬一体炉中进行急冷处理,制得急冷Sm Fe合金薄带。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、热重-示差扫描量热分析仪(TG-DSC)、氧氮氢联测仪等对氮化前后急冷态钐铁合金进行了显微组织和结构、氮含量的测定,分析了渗氮效果。结果表明,随着冷却速率的增加,钐铁合金薄带的微观结构显著细化。当旋淬一体炉的单辊转速超过34. 0 m·s-1,制得了一种晶体与非晶体共存的急冷态钐铁合金,由接近Sm2Fe17正成分的晶相与非晶相基体组成。对合金进行渗氮处理后发现,N原子进入到急冷钐铁合金后,形成了以Sm2Fe17Nx和α-Fe为主相的晶体与含氮非晶体共存的化合物,气体渗氮量可以达到4. 155%。这种晶体与非晶体共存的结构特征可以改善钐铁合金的渗氮效果。     

非晶态钐铁合金晶化温度和时间的探究

通过XRD、SEM、DSC等手段分析了含钐量为24%的钐铁合金晶化过程不同阶段的微观形貌和物相组成,研究了温度和时间对非晶态钐铁合金晶化的影响。结果表明:即使钐铁合金快淬速度达到35 m/s,冷却速率达到1.03×10~6 K/s,其快淬薄带也只能形成10%～20%的非晶量;将快淬薄带球磨2.5 h后,Sm_2Fe_(17)主相已达到完全非晶,合金中仅存在少量α-Fe相。钐铁合金快淬薄带球磨2.5 h的非晶态粉末最佳晶化温度和时间分别是700℃和20 min。     

冷却速度对Cu_(46)Zr_(44)Al_5Nb_5块体非晶合金组织和力学性能的影响

通过磁悬浮熔炼-水冷铜模吸铸法制备了Cu46Zr44Al5Nb5块体非晶合金阶梯形试样,由X射线衍射(XRD),差示扫描量热仪(DSC)和万能试验机分别表征试样的结构、热力学和力学行为,研究其组织、热稳定性和力学性能与冷却速率的关系。结果表明,Cu46Zr44Al5Nb5合金具有较强的非晶形成能力和良好的热稳定性,其热力学行为表现出尺寸效应。熔体凝固冷却速率对试样尺寸变化敏感,随着试样尺寸的增加,冷却速度呈倍数递减、合金结构的无序度下降,原子排列向稳态转变,导致非晶合金的热稳定性降低。合金的玻璃转变温度不是定值,而是随冷却速度增加而升高,过冷液相区宽度ΔTx、约化玻璃转变温度Trg和晶化放热ΔH随直径的增加而降低,玻璃转变温度向低温漂移。随着直径的增加,冷却速度的降低,非晶合金的短程有序范围增大,最近邻原子间距减小,非晶合金结构的无序密堆性下降,原子排列向稳态转变,导致抗压强度降低,合金的断裂强度随试样直径的增大而减小。     

快冷微晶钐铁合金微观结构及渗氮行为

采用快速凝固技术可制备出综合性能优于铸造状态的微晶合金,利用真空旋淬炉制备出了不同冷却速度下的钐铁合金,研究了其显微组织结构和相构成演变规律,并对其进行了氮化处理。结果表明,随着快冷速率的增加,合金中元素偏析程度降低,组织特征呈现粗大树枝晶粒向微晶的演变,当辊速达到24.0m/s时,可得到微晶钐铁合金。在420℃对微晶钐铁合金直接进行氮化处理,其晶粒长大倾向很小。晶粒细小,晶界面积增大,使得有效渗氮点增多,促进了氮原子的扩散,但氮原子主要以含氮化合物的形式分布在晶粒的边界,导致了晶界与晶粒内部的氮化不均匀。     

钐铁合金熔体渗氮实验研究

采用静置渗氮与底吹氮气渗氮两种工艺对钐铁熔体进行渗氮,通过XRD、SEM、EDS等手段分别研究渗氮合金样品的物相、形貌及成分,对比了两种工艺的渗氮效果。结果表明,钐铁合金熔体静置渗氮过程中,表面易形成高熔点难熔物质氧化钐,由于氧化钐覆盖在钐铁合金表面阻碍了N原子向熔体内部扩散,静置渗氮法未能达到理想的渗氮效果;底吹氮气渗氮试样的Sm_2Fe_(17)相中存在N元素,同时Sm_2Fe_(17)相主峰向小角度方向发生偏移,表明N原子进入Sm_2Fe_(17)相中,且渗氮效果良好。     

钛锆二元合金过冷β相的形成与转变

以海绵钛和海绵锆为原材料通过水冷铜模电弧熔炼制备出含20%~70%Zr(质量分数)的钛锆二元合金,采用X射线衍射(XRD)、显微组织观察和差示扫描量热法(DSC)表征了热处理前后合金相组成及相转变规律。本文采用了两种热处理方法:一方面把Ti-60Zr加热到α/β转变临界温度以上(1000℃)等温后缓慢冷却至室温;另一方面研究了Ti-60Zr在α/β转变临界温度以下进行300和400℃等温热处理获得单相α相的情况。结果表明:在水冷铜模电弧熔炼获得的钛锆合金试样中除Ti-20Zr为α相以外,其他成分的合金均由α+β两相组成,其中Ti-60Zr几乎全部为β相;显微组织观察得出α型钛锆合金为针状结构,β型钛锆合金为等轴晶。平衡相图中α+β两相区的宽度直接影响过冷β相的形成能力,在同样的冷却速率下,两相区越窄的合金成分在冷却过程中越容易形成过冷β相。以10℃·min-1升温速率从室温升温至1000℃等温2 h后以5℃·min-1的冷却速率降至室温和以10℃·min-1升温速率从室温升温至400℃等温2 h后炉冷至室温两种热处理方法,均能实现Ti-60Zr合金过冷β相向α相的完全转变。     

退火温度对钛基非晶复合材料微观织构和力学性能的影响

利用电磁感应磁悬浮熔炼-铜模吸铸法制备Ti40Ni40Cu20非晶复合材料棒状试样,通过X射线衍射(XRD)、金相显微镜和微机控制电子式万能力学试验机研究了不同温度(150,250,350℃)0.5 h退火处理对合金的组织和压缩力学性能的影响。结果表明:铸态和退火处理后试样均有B2-TiNi和B19-TiNi晶体相析出,并且随着退火温度的升高,析出晶体相体积分数和晶粒尺寸都有所增加,同时低温退火能够使马氏体回转为奥氏体;所有合金试样的压缩试验结果均出现了明显的加工硬化现象;随着退火温度升高,合金的抗压强度和压缩塑性经历了先提高后略微下降的变化趋势,但均高于铸态试样,其值分别由铸态的2247 MPa和11.4%提高到150℃退火后的2541 MPa和19.5%。说明选取合适的退火温度能够有效控制合金内部的晶体相体积分数和晶粒尺寸,从而明显提高钛基非晶复合材料的综合力学性能。     

不同冷速凝固的Mg-9Gd-0.8Al合金固溶行为及组织性能

为了探究Al元素在不同冷却速度下对Mg-9Gd合金组织细化效果及其对后续固溶处理的影响,利用铁模和铜模重力铸造制备了铸态Mg-9Gd-0.8Al合金,之后进行10~50 h的固溶处理。采用OM、SEM、TEM、EDS及XRD等方法研究了冷却速度对Mg-9Gd-0.8Al合金凝固和固溶行为及组织力学性能的影响。结果表明,铁模和铜模制备的铸态Mg-9Gd-0.8Al合金组织均由α-Mg基体、花瓣状(Mg, Al)₃Gd相、细条状Mg₅Gd相和方块状Al₂Gd相组成。铜模相比于铁模冷却速度加快,制备的合金基体晶粒和第二相显著细化,第二相体积分数总量增长幅度达56.1%。2种模具制备的合金固溶10 h后,Mg₅Gd相溶解、(Mg, Al)₃Gd相部分溶解、高熔点Al₂Gd相无变化,晶粒内析出层片状(Mg, Al)₂Gd新相,第二相总量趋于相等。固溶50 h后,(Mg, Al)₂Gd层片相回溶,残余(Mg, Al)₃Gd相发生熔断呈颗粒状,铜模制备的合金第二相颗粒比铁模的更细小。细晶强化和第二相强化使铜模制备的铸态合金性能较铁模制备的合金性能大幅提高,固溶10 h后合金屈服强度提升,伸长率基本不变。固溶处理50 h后,固溶强化、细晶强化和细小颗粒的第二相强化使铜模制备的固溶50 h态合金获得最优性能,屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为141 MPa、234 MPa和22.4%。     

不同冷速凝固的Mg-9Gd-0.8Al合金固溶行为及组织性能

为了探究Al元素在不同冷却速度下对Mg-9Gd合金组织细化效果及其对后续固溶处理的影响,利用铁模和铜模重力铸造制备了铸态Mg-9Gd-0.8Al合金,之后进行10～50 h的固溶处理。采用OM、SEM、TEM、EDS及XRD等方法研究了冷却速度对Mg-9Gd-0.8Al合金凝固和固溶行为及组织力学性能的影响。结果表明,铁模和铜模制备的铸态Mg-9Gd-0.8Al合金组织均由α-Mg基体、花瓣状(Mg, Al)₃Gd相、细条状Mg₅Gd相和方块状Al₂Gd相组成。铜模相比于铁模冷却速度加快,制备的合金基体晶粒和第二相显著细化,第二相体积分数总量增长幅度达56.1%。2种模具制备的合金固溶10 h后,Mg₅Gd相溶解、(Mg, Al)₃Gd相部分溶解、高熔点Al₂Gd相无变化,晶粒内析出层片状(Mg, Al)₂Gd新相,第二相总量趋于相等。固溶50 h后,(Mg, Al)₂Gd层片相回溶,残余(Mg, Al)     

细晶Mg-Al-Ti-C中间合金的制备及其对AZ91D组织和性能的影响

采用两步法+铜模喷铸的方式制备具有颗粒增强和细晶强化作用的Mg-Al-Ti-C中间合金,并研究了其对AZ91D组织和性能的影响。通过OM、SEM、XRD、硬度及拉伸试验对中间合金和AZ91D的组织形貌和力学性能进行分析。结果表明,两步法制备得到了Mg-Al-Ti-C中间合金,经过铜模喷铸后,TiC颗粒尺寸大幅度减小,且弥散分布于Mg-Al-Ti-C中间合金中;用该细晶Mg-Al-Ti-C中间合金处理AZ91D,后者的抗拉强度提高了19.8%,硬度提高了64.9%;TiC颗粒既有颗粒增强作用,也能作为AZ91D凝固时的异质形核核心,起到细晶强化作用。     

细晶Al-Sr中间合金对AZ91D组织和性能的影响

通过真空感应炉对Al-Sr中间合金进行了铜模喷铸处理,得到了细晶Al-Sr变质剂。然后分别采用粗晶与细晶Al-Sr对AZ91D进行了变质处理。SEM、OM、XRD、拉伸试验及硬度测试结果表明:经铜模喷铸处理的Al-Sr中间合金中的第二相Al4Sr的平均尺寸从100μm减小至5μm;经Al-Sr中间合金变质的AZ91D,晶粒明显细化,力学性能明显提高,但细晶Al-Sr的变质效果更好。因此,铜模喷铸是提高Al-Sr变质效果的有效途径。     

过热度对钐铁合金熔炼的影响

通过ICP、XRD、SEM、EDS等手段研究了过热度对钐铁合金熔炼的影响。结果表明,随着过热度的增加,钐铁合金熔炼后钐含量明显降低,且钐元素挥发速率先增大后减小;钐铁合金相组成受过热度影响较大,随着过热度的增加,Sm_2Fe_(17)相和富钐相先增加后减少;钐铁合金中α-Fe相随着过热度的增大开始出现并逐渐增加,且其枝晶呈规律性排布,同时含钐相的相对含量明显降低。     

304奥氏体不锈钢亚快速凝固组织演化和形成机理

通过感应炉熔化的304钢(/%:0.053C、0.55Si、1.50Mn、0.030P、0.002S、17.02Cr、8.01 Ni、0.50Cu、0.08Mo)直接浇铸在水冷铜模上得到厚7 mm直径25 mm的圆形试样,研究了Cr、当量/Ni当量和1.5～1 000℃/s的冷却速率对奥氏体不锈钢铸态凝固组织形态和分布的影响。结果表明,随冷却速率增加至75～90℃/s,该钢的凝固模式由FA(铁素体-奥氏体)模式向AF(奥氏体-铁素体)模式转变,初生相由枝晶铁素体转变成枝晶奥氏体,但冷却为～1 000℃/s时,观察到块状铁素体组织,并且枝晶状奥氏体转变成胞状奥氏体。     

GCr15轴承钢大方坯凝固过程微观偏析模型及应用研究

建立了考虑δ/γ相变的GCr15轴承钢大方坯连铸凝固两相区溶质微观偏析模型,并应用于220 mm ×260 mm铸坯的凝固传热。结果表明:通过模型可以获得高碳钢精确的固液相线温度,以及温度与固相率的关系;GCr15轴承钢大方坯凝固过程仅析出γ相,凝固末期S、P和C元素的偏析严重;固相率越大,冷却速率对偏析度的影响更明显;S和P元素含量以及冷却速率对零塑性温度（ZDT）影响较大;采用基于凝固传热模型优化的连铸工艺后,铸坯中心碳偏析指数控制在0.961.05,且铸坯未产生内裂纹。     

SmCO_5基合金分解动力学

本文目的是用动力学方法研究 SmCo_5基合金的分解过程。为此曾研究了800～900℃温度范围内过程发展的温度关系,并确定了 SmCo_(17)相析出和溶解的活化能。所用的 Sm～Co合金含36.6(重量)%Sm(铸态时),将此种组成的合金粉末挤压成型,经1140℃烧结制成球样,烧结合金中钐的总量为35.6(重量)%。试样经淬火后放在真空石英管内分别于820、850、875及900℃下退火30分钟,随后在油中冷却。为防止氧化,试样用钽箔包住。研     

Mg,Si对热浸镀Zn-22.3Al合金凝固组织及耐蚀性的影响

通过添加少量Si元素配制了Zn-22.3Al-xSi(x=0,0.7,1.1,1.4,1.8,3.8)熔池及添加少量的Mg元素配制了Zn-22.3Al-1.1Si-yMg(y=0,0.2,0.4,0.6)熔池。在热浸镀后加工相应的合金试样,对合金试样进行盐雾实验和电化学实验,应用扫描电镜/能谱仪(SEM/EDS)、X射线衍射(XRD)分析等方法,研究了硅、镁对热浸镀Zn-22.3Al合金凝固组织及耐蚀性能的影响。实验发现,Zn-22.3Al-xSi合金凝固组织由η-Zn相、α-Al相、锌铝共析组织及铝硅共晶组织组成。硅的加入,明显改善了组织分布的均匀性。但是当硅含量超过1.1%时,凝固组织中开始析出块状硅,并随硅含量增加而增多。镁、硅的协同作用使得热浸镀Zn-22.3Al-1.1Si-yMg合金凝固组织中开始出现Zn/Al/Mg_2Zn_(11)三元共晶组织,随着镁含量的增加,锌铝共析组织不断增多,α-Al相、η-Zn相数量减少,尺寸增大;与此同时,Zn/Al/Mg_2Zn_(11)三元共晶组织数量也不断增多。当合金中镁含量达到0.6%时,凝固组织中出现了少量的Zn/Al/MgZn_2三元共晶,且铝硅共晶的尺寸稍有增大。随着镁含量的增加,腐蚀速率逐渐降低,即合金的耐蚀性能逐渐提高。     

钛对高硼钢凝固组织及析出相的热力学分析

通过热力学计算和试验,研究了钛合金化后高硼钢含钛析出相在液相和凝固过程中的析出规律,采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)研究了高硼钢的凝固组织。研究结果表明不加钛的合金铸态组织由硼化物、铁素体、珠光体组成,钛合金化后铸态组织由第二相TiC、硼化物和铁基体组成;热力学计算结果表明含钛析出相均不可能在液相中析出,TiC在凝固的过程中析出,析出温度为1 691 K,析出时的凝固分数为29%,析出相的析出顺序为TiCTiB2TiB。     

高温快速处理对铜基非晶合金摩擦磨损性能的影响

采用铜模吸铸法制备Cu50Zr42Al8非晶合金,并对其进行高温快速处理,通过X射线衍射(XRD)观察分析其组织结构。利用球-盘往复式摩擦磨损试验机进行干摩擦磨损试验,研究铸态Cu基大块非晶合金的摩擦磨损行为及高温快速处理对其摩擦磨损性能的影响。结果表明:经高温处理后的试样均有CuZr2,ZrCu和AlCu2Zr相析出,且析出相体积分数随处理温度的升高而升高。经925℃处理的试样ZrCu相含量减少,而出现了新相Al2Zr3和AlZr3的晶体衍射峰。经825和875℃处理后的试样摩擦性能得到很大提高,当温度继续升高,摩擦性能下降。经825℃处理后的试样摩擦磨损性能最好,磨损面积、磨损率和平均摩擦系数均为最小值1.31×10-4mm2,0.011×10-4mm3·N-1·m-1和0.11;经925℃处理后的试样摩擦性能最差,其磨损面积和磨损率远远超过其他试样,分别为240.83×10-4mm2和2.01×10-4mm3·N-1·m-1。