生长速率对NiAl-7.8Mo亚共晶合金定向凝固组织及界面形态的影响

采用高温度梯度定向凝固装置制备了NiAl-7.8Mo亚共晶合金,系统研究了生长速率对合金凝固时界面形态、枝晶生长及初生相析出的影响。随生长速率的增大,固液界面依次呈现平、胞枝、枝的形貌转变,初生β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;二次枝晶间距λ2随生长速率的增加一直减小。初生β相的析出量随生长速率的增加而增加。分析结果表明:生长速率增加导致熔体过冷度增加,使得NiAl初生相形核率增加,最终导致初生β相的析出量随生长速率的增加而增加。     

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。     

Sr对AZ91D镁合金枝晶生长和相析出的影响

加入微量Sr(0.01%-0.1%,质量分数)可明显细化AZ91D镁合金晶粒,随Sr含量增加,初生相α-Mg尺寸逐渐减小,而二次枝晶间距变化不大,同时β-Mg17Al12析出相增多.Sr添加量为0.1%时,针状或块状Al4Sr相依附在枝晶间的β-Mg17Al12相上析出.Sr在AZ91D合金凝固固-液界面前沿富集,并且优先在曲率较大的枝晶端面富集,从而抑制晶粒长大,细化了合金中初生相α-Mg;同时,Sr在枝晶的尖端富集降低了初生相α-Mg的尖端生长优势,改变了初生相形貌.     

抽拉速率对Ti-47.5Al-6Nb-2Cr-0.5Si合金定向凝固组织的影响

采用感应加热定向凝固炉对Ti-47.5Al-6Nb-2Cr-0.5Si(at%)合金在抽拉速率6、15、25、100μm/s下进行定向凝固实验。结果表明:抽拉速率为6μm/s时,固/液界面是胞枝状,片层取向与生长方向夹角为45°,初生相为β相;抽拉速率为15~100μm/s时,固/液界面以树枝状向前推进,且随着抽拉速率的增加,一次枝晶间距减小,片层取向与生长方向的夹角由45°向90°转变,初生相由β相转变为α相;抽拉速率大于6μm/s时,组织中出现硅化物析出相,且随着抽拉速率的增大,析出相越来越多,分布变密,沿生长方向逐渐成线条状。     

工艺参数对电磁冷坩埚定向凝固Nb-Si基合金固液界面的影响

采用电磁冷坩埚定向凝固技术研究了加热功率、抽拉速率和保温时间对Nb-22Ti-16Si-3Cr-3Al-2Hf(原子分数,%)合金固液界面的影响.采用正交实验制备合金试样.结果表明,延长保温时间、减小抽拉速率和提高加热功率有利于保持固液界面的宏观形态为平界面.随着抽拉速率的增加,初生Nb固溶体(Nbss)一次枝晶臂间距和二次枝晶臂间距逐渐减小;随着加热功率的增加,初生Nbss一次枝晶臂间距和二次枝晶臂间距逐渐增加;随着保温时间的延长,初生Nbss一次枝晶臂间距和二次枝晶臂间距先增大后减小.增大抽拉速率、减小加热功率和缩短保温时间有利于一次枝晶臂间距和二次枝晶臂间距的细化.     

Pb-30%Bi包晶合金定向凝固的两相微观组织研究

对Pb-30%Bi包晶合金进行定向凝固试验,研究了在不同生长速率、不同试样直径条件下获得的两相微观组织,并对其组织的形成及微观组织尺度进行分析。试验结果表明,当生长速率V由1μm/s逐渐增大到100μm/s时,微观组织经历胞状初生α相+胞间包晶β相到枝晶状α相+枝晶间β相微观组织的转变。当生长速率V≤0.5μm/s时,在小直径(1.8 mm)试样中发现不完全带状组织,而在大直径(7 mm)试样中却得到了振荡组织。同时发现,初生α相的一次枝晶间距λ与凝固速率V之间存在λV0.16=241.0μm1.16s-0.16的关系,这与Hunt模型和Trivedi模型较好地吻合。     

拉晶速率对单晶高温合金凝固析出行为及显微组织的影响

研究了拉晶速率对单晶高温合金凝固界面形态、一次臂间距、（γ＋γ＇）共晶和γ＇相析出行为的影响。结果表明，随拉晶速率的增加，凝固界面从平面向胞状、粗枝、细枝转变，一次臂间距先增加然后减小，（γ＋γ＇）共晶增多，γ＇尺寸减小，立方规则性增加。胞状、树状凝固时，γ＇尺寸出现“双峰”分布。     

抽拉速率对定向凝固高温合金DZ445微观组织和力学性能的影响

研究不同抽拉速率(4,5,7,9,10 mm/min)对定向凝固DZ445高温合金微观组织和力学性能的影响.结果表明:随着抽拉速率由4mm/min增加到10mm/min,一次枝晶臂间距λ<,1>和二次枝晶臂间距λ2逐渐减小,枝晶组织逐渐细化;枝晶干和枝晶间γ'相尺寸也逐渐减小,枝晶间γ'相的尺寸比枝晶干γ'相的大,这种差别随着凝固速率的增加而减小;合金元素的偏析随凝固速率的增大越来越严重;除抽拉速率为4 mm/min外,抽拉速率对DZ445合金室温拉伸性能影响不大;当抽拉速率太高或者太低时,合金650℃拉伸伸长率均明显降低;抽拉速率对合金的持久性能影响明显;当抽拉速率为7 mm/min时,合金的拉伸性能、持久性能和微观组织达到综合平衡,为最佳抽拉速率;DZ445定向柱晶合金比同成分K445等轴晶合金具有更好的室温和高温拉伸性能及持久性能.     

单晶镍基高温合金DD8激光快速熔凝组织

DD8单晶镍基高温合金经激光扫描快速熔凝后, 熔池表面宽度随扫描速率增加变窄; 一次枝晶间距随冷却速率增加而减小. 分析表明: 熔凝后元素的枝晶偏析不明显, 合金成分趋于均匀. 熔凝后的凝固形态由熔池底部到表面依次为准平面凝固、胞状凝固、胞枝状凝固和细密枝晶凝固. 准平面和胞状凝固区由γ固溶体及弥散γ'相 (20 nm) 组成. 在胞枝晶和枝晶凝固区, 枝晶间出现一种高Ti含量条状相. 在过渡区, γ固溶体及γ'相皆部分熔凝, 未全溶的γ'相成为熔凝再析出弥散γ'相的核心, 过渡区γ'相呈堆状分布.     

定向凝固速率对Cu-7．9％Co包晶合金凝固组织的影响

对Cu-7．9％Co包晶合金不同定向凝固速率下的凝固组织进行了研究。结果表明：在定向凝固速率1μm／s～100μm／s下，随凝固速率的提高，初生α-Co相体积分数减少，使形态从定向生长的枝晶转变为等轴枝晶，相应地β-Cu包晶相的生长界面形态由平界面转变为枝状界面。利用最高界面生长温度假设，计算得到了凝固速率在0．55μm／s～5000μm／s范围内α-Co相领先于β-Cu相生长，与实验结果较为吻合；并当凝固速率大于5000μm／s时，β-Cu相的凝固界面生长温度高于α-Co而成为领先相，可以不通过包晶反应直接从熔体中凝固析出。     

基于改进元胞自动机方法的强制对流作用下三维枝晶生长的数值模拟

建立了一种改进的元胞自动机模型来模拟熔体对流条件下的二元合金三维枝晶的生长。模型中考虑了界面能各向异性和溶质扩散对固/液界面推移的影响,在同一套网格中耦合求解质量传输和液相流动方程,从而可以模拟溶质扩散和熔体对流之间的相互作用。使用该模型模拟了一定过冷度条件下,强制对流对Al-7%Si(质量分数,下同)合金三维枝晶生长形貌的影响。模拟结果表明,熔体强制对流导致迎流侧尖端溶质富集层减薄,枝晶生长出现了迎流生长现象。将模拟得到的溶质过饱和度与Oseen-Ivantsov解析解进行对比,当流速较大时两者吻合较好。同时模拟了三维和二维强制对流作用下枝晶生长形貌的演化,由于三维条件下对流使得熔体能够绕过垂直于对流方向的一次枝晶臂主干将溶质带到背流侧,而二维条件下只能绕过垂直方向一次臂的尖端,因此三维MCA模型能更准确地反映强制对流对枝晶生长的影响。     

强迫对流影响合金凝固过程枝晶生长的数值模拟

利用耦合溶质场与流场的相场模型,对Al-2.5Cu合金等温凝固时枝晶生长过程进行了模拟.研究了强迫对流、扰动强度及各向异性强度对枝晶生长形貌的影响.结果表明,在流场作用下,枝晶呈非对称性生长,上游的生长速度大于下游;对流影响溶质场的分布,将溶质从上游冲刷到下游,使得上游液相中的浓度低于下游;扰动强度越大,诱发的侧向分枝越多,二次枝晶越发达;各向异性强度越大,枝晶尖端的生长速度越快,曲率半径越小.     

来流对Al-Cu合金三维树枝晶生长的影响

建立了模拟二元合金树枝晶生长的三维元胞自动机模型,以Al-4%Cu(质量分数)为模型合金,模拟了合金过冷熔体中树枝晶的生长过程,研究了来流对枝晶生长的影响.结果表明,来流对合金过冷熔体中三维树枝晶生长影响显著,迎流侧枝晶尖端生长速度随来流速度的增大而增大,枝晶尖端半径随来流速度的增大而减小;随着来流速度的增大,枝晶尖端选择参数减小;在给定过冷度条件下,随界面能各向异性的增大,来流对枝晶尖端选择参数的影响增强;对于给定的合金(或界面能各向异性),来流对枝晶尖端选择参数的影响随着过冷度的增大而增强.     

相场法定量模拟强迫层流对微观偏析的影响(英文)

采用耦合流场的相场模型,模拟Ni-Cu合金过冷熔体流动对液固界面前沿浓度分布的影响;定量分析强迫层流对迎流方向、垂直流动方向与逆流方向枝晶尖端前沿浓度边界层厚度,浓度最大值和枝晶微观偏析的影响。结果表明:溶质场和流场二者相互影响;枝晶上游侧浓度边界层的厚度较薄,溶质浓度的最大值较小;而枝晶下游侧恰好与此相反。贫Cu区域在迎流方向枝晶臂沿枝晶轴线方向的宽度较大,但Cu原子的浓度较低,微观偏析最严重,枝晶下游侧缩松倾向加剧。     

Lattice Boltzmann modeling of dendritic growth in a forced melt convection

A two-dimensional (2D) lattice Boltzmann-based model is developed to simulate solutal dendritic growth of binary alloys in the presence of forced flow. The model adopts the lattice Boltzmann method (LBM) that describes transport phenomena by the evolution of distribution functions of moving pseudoparticles to numerically solve fluid flow and solute transport governed by both convection and diffusion. Based on the LBM-calculated solutal field, the dynamics of dendritic growth is determined according to a previously proposed local solutal equilibrium approach. After detailed model analysis and validation, the model is applied to simulate single and equiaxed multidendritic growth of Al–Cu alloys with forced convection. The results demonstrate the quantitative, numerically stable and computationally efficient capabilities of the proposed model. It is found that the solute distribution and dendritic growth are strongly influenced by convection, producing asymmetrical dendrites that grow faster in the upstream direction, but mostly slower in the downstream direction.     

基于KKS相场模型模拟强迫对流下镁合金枝晶的生长

基于KKS模型,耦合温度场、浓度场、流场和取向场,建立适合hcp晶系镁合金的相场模型,研究强迫对流下镁合金单晶粒和多晶粒生长过程。结果表明:在v=0.02 m/s的水平强迫对流作用下,晶粒上游侧3个方向的一次枝晶臂生长速度明显快于下游侧3个方向的一次枝晶臂,同一时刻上游方向一次枝晶臂最长,上游侧与水平方向成60o夹角的两枝晶臂次之,下游侧与水平方向成60o夹角的两枝晶臂较短,下游方向枝晶臂最短。多晶粒生长时,晶粒间相互影响,不同晶粒的枝晶臂相互碰撞并彼此抑制,最终形成不对称枝晶形貌。将模拟结果与实验结果进行对比表明,镁合金连续形核下多晶粒枝晶形态的模拟结果与实验结果十分相似,从而验证了本文中相场模型的正确性。     

Convection effect on dendritic growth using phase-field method

Phase-field model was employed to quantitatively study the effect of convection on pattern selection and growth rate of 2D and 3D dendrite tip,as well as the effect of the different convection velocity on the dendritic growth.The calculated results show that crystal is asymmetric in the priority direction of growth under flow.The dentritic growth is promoted in the upstream region and suppressed in the downstream region.Convection can cause deviation in the dendrite growth direction and the preferred direct...     

用CA方法模拟过冷熔体中自由树枝晶的生长

基于溶质扩散和界面能的作用，建立了过冷熔体中自由树枝晶的生长模型，考虑了成分过冷、曲率过冷和界面能各向异性，用胞元自动机（CA）方法模拟了枝晶生长、界面扰动以及分枝的竞争演化，对枝晶尖端生长速度和过冷度的关系进行了模拟计算，并与L-G-K理论模型进行了定量的比较。     

A coupled model of grain growth and solute transfer in molten pool of nickel-based alloy

A coupled model of grain growth and solute transfer based on cellular automaton (CA) method was established and applied to grain growth simulation in molten pool of nickel-based alloy.The CA method was used to simulate welding solidification process successfully,but few researches had taken the effect of convection on dendrite morphology into account.In this paper,solute transfer model was used to calculate the effect of convection and diffusion on solute field with CA method simulating grain growth.The results indicate that convection has a significant effect on the morphology of equiaxed grain.Dendrite growth in the upstream direction is amplified,while it is inhibited in the downstream direction.With inlet velocity increasing,this effect becomes more severe.     

Al-Si合金枝晶形貌的三维相场模拟

基于包含固相扩散系数的Karma薄界面相场模型,采用三维自适应网格划分法,研究了界面宽度、热噪声幅值对Al-Si合金过冷熔体中枝晶生长行为的影响。模拟结果表明：随着界面宽度的增加,枝晶形貌的复杂度下降,枝晶尖端速度下降,尖端液相处溶质的富集程度下降;随着热噪声幅值的增加,枝晶尖端变化较小,位于枝晶主干两侧的二次枝晶的数量和不对称度增加。