GROWTH TWINS AND TWINNNIG DENDRITES IN THE SYSTEM OF LOW FUSION ENTROPY

<正> 在单向和连续铸造铝合金中常可以观察到层状晶组织。层片状晶的层片呈枝晶结构,与普通枝晶结构不同,其枝品主轴中央有一条笔直线,侧向分枝比较发达,且与主轴之间有55°左有的夹角。层状晶具有相当好的塑性,其伸长率比普通柱状晶高40%~([-1])完全层状晶的铸锭将作为良好的塑性材料投入生产使用。     

强磁场对Al-7%Si合金凝固过程中初生α-Al枝晶分布的影响

采用超导强磁场装置研究了磁场强度对有、无细化剂颗粒Al-7%Si(质量分数)合金凝固组织的作用效果。研究发现,施加强磁场使无细化剂颗粒合金中的初生α-Al枝晶转变为发达枝晶形貌,二次枝晶生长充分,三次枝晶分支明显,枝晶尖端清晰可见;晶粒细化,且枝晶主轴与磁场方向呈30°规则排列。施加强磁场后初生α-Al枝晶数量和Si在α-Al中的溶解度都有少量增加。强磁场抑制添加细化剂合金熔体中的对流,加剧了Ti的重力偏析,使初生α-Al相出现明显枝晶化趋势,方向性增强,枝晶臂粗化明显。     

边界热通量作用下枝晶生长相场模型的有限元法模拟

基于Beckermann和Karma枝晶生长相场模型,建立耦合溶质场、温度场的相场模型,采用有限元法对控制方程进行求解,研究凝固过程Al-3.0%(质量分数)Cu合金在边界热通量作用下的枝晶生长行为。结果表明,边界热通量作用能够显著改变凝固前沿的传热和传质,影响枝晶生长形貌。在边界抽热条件下,枝晶前沿温度降低,实际过冷度增大,从而促进二次枝晶生长发育,界面前沿溶质扩散层薄,枝晶微观偏析严重。而边界加热条件下,枝晶前沿温度升高,实际过冷度减小,抑制枝晶生长发育,界面前沿扩散层厚,枝晶微观偏析减弱。     

胞晶／枝晶列生长理论模型

胞晶／枝晶生长问题是凝固领域的经典问题之一，引科学家半个多世纪的研究兴趣，然而，由于所涉及问题的复杂性，直到人们才开始逐渐认清这一问题的本质。综述胞晶／枝晶生长的演变过程，并将其发展过程划分为三个不同的阶段。着重介绍由Ｈｕｎｔ等近期开发的胞晶、枝晶生长数值模型；阐明该模型是目前能较成功地描述胞晶／枝晶生长过程的理论模型。     

聚碳酸酯球晶的形态结构研究

利用偏光显微镜和透射电子显微镜观察了聚碳酸酯(PC)溶液结晶的形态结构,PC在苯酚-四氯乙烷溶液中根据结晶温度的不同可生成带状球晶、延伸球晶、负球晶和层状球晶结构。     

合金铸钢的显微偏析与晶间脆性

对两种低合金铸钢的沿晶脆性断裂现象进行了研究,结果表明,两种脆化材料的断口均为沿晶脆性断裂。在沿晶面上观察到生长完善的枝晶结构和疏松露头。透射电镜观察与电子衍射分析确认,有薄膜状第二相沿晶间和枝晶沉淀。用俄歇电子能谱仪和离子探针测定了脆性断裂面上杂质元素的偏析,结果表明,沿晶表面上存在H,C,O,N和S的偏析,尤其以O的偏析为甚。经冶炼工艺试验证实,引起两种铸钢的晶间脆性的主要原因是AlN沿初生奥氏体晶界和枝晶间的沉淀,而H,O,N,C等杂质元素的偏聚促进了这种脆性现象的发生。     

点阳极射流电沉积中的枝晶分形生长

利用建立的点阳极电沉积时枝晶分形生长模型,对圆形电解池点阳极电沉积二维枝晶簇的形貌进行了模拟.以点状金属镍为阳极,环状石墨为阴极,用自行设计的实验设备,采用射流电沉积的方法制备了二维的金属镍枝晶簇以验证模拟结果.结果表明:镍沉积层的形貌特征为具有分形结构的枝晶簇,这与模拟结果具有很好的相似性,表明该模型能够准确地表述圆形电解池点阳极电沉积时枝晶的生长过程,从而对枝晶分形生长的实验研究具有很好的指导意义.     

Al-4％Cu合金定向凝固枝晶／胞晶转变速率的研究

通过实验和理论对比研究Al-4%(质量分数)Cu合金定向凝固胞晶/枝晶转变过程,得到胞晶/枝晶转变发生在尖端半径变化的拐点处。采用KGT模型与非平衡效应研究与胞晶/枝晶转变过程相对应的高速枝晶/胞晶转变特征。结果表明:尖端半径和界面温度均随抽拉速率的增加而减小,到达临界值后又急速增大。枝晶/胞晶转变发生在尖端半径和界面温度的拐点处,即在尖端半径和界面温度最小时发生转变;溶质截留在枝晶/胞晶转变过程中作用明显,大大减小了微观偏析。     

用相场方法模拟Fe-C合金枝晶生长

采用相场法模拟了Fe-0.5%C合金等温凝固过程中单个枝晶和多个枝晶的生长,研究了过冷度、各向异性、界面厚度、晶体取向以及扰动对枝晶形貌的影响,获得了具有二次分枝的枝晶形貌,再现了枝晶生长过程及枝晶臂之间的竞争生长.模拟结果表明:凝固过程中存在溶质富集和枝晶偏析,枝晶主干溶质浓度最低,枝晶臂之间的液相浓度最高.随着过冷度的增大,枝晶生长加快且分枝发达;界面厚度直接影响枝晶的生长速度;各向异性影响枝晶的形态;晶体取向与坐标轴方向一致时枝晶优先生长;扰动的加入导致枝晶分枝的形成.     

基于超细晶硬质合金钻头的AFRP钻削性能

采用超细晶硬质合金钻头开展了芳纶纤维增强树脂基复合材料(Aramid Fiber Reinforce Polymer Composites,AFRP)的钻削实验,从钻削力、钻削温度、制孔质量、刀具磨损等方面对比分析了超细晶硬质合金钻头与普通硬质合金钻头的钻削性能。实验结果表明:芳纶纤维增强树脂基复合材料钻削过程中,钻削力随进给速度的增大而增大,随主轴转速的增大而减小,超细晶硬质合金钻头的钻削力比普通硬质合金钻头降低了40.6%以上;钻削温度随进给速度的增大而减小,随主轴转速的增大而增大,相对普通硬质合金钻头,采用超细晶硬质合金钻头的钻削温度降低了47~85℃;超细晶硬质合金钻头钻削产生的拉毛和热损伤明显少于普通硬质合金钻头;经过长时间的钻削,普通硬质合金钻头的橫刃和主切削刃出现了崩刃,后刀面出现了严重的磨料磨损;而超细晶硬质合金钻头由于高硬度和高耐磨性等特性,刀具的磨损相对较小,适合于芳纶纤维增强树脂基复合材料的高效低损伤加工。     

Ca/Ti摩尔比对CaTiO_3枝晶结构和光催化性能的影响

控制Ca/Ti摩尔比,用溶剂热法制备了CaTiO_3枝晶结构。使用XRD、SEM和FT-IR图谱等手段表征枝晶的结构,并用紫外-可见吸收光谱测试了样品的光学性能和光催化性能。结果表明:Ca/Ti摩尔比对样品的形貌有很大的影响。随着Ca/Ti摩尔比的增加,CaTiO_3晶体的形貌发生从片状依次变化为聚集长柱体和枝晶结构。这种形貌的演变是"定位自组装并伴随奥斯瓦德熟化"向"溶解"扩散机制的转化所致。当钛过量时(Ca/Ti摩尔比为1/2~1/1.5),样品由片状和不规则聚集长柱体组成;随着钛含量的减少,片状结构向聚集不规则的长柱体过渡;当钙钛摩尔比为1/1~1.2/1时,样品呈现出枝晶结构。随着钙/钛摩尔比的增加,枝晶的发育越来越明显。但是当钙过量时(Ca/Ti摩尔比为1.25/1~2/1)溶液中大量过剩的Ca~(2+)为Ca_3Ti_2O_7和CaCO_3相的生成提供了条件,使样品的枝晶结构发育更完善。当钙/钛摩尔比为1.2/1时,纯CaTiO_3枝晶呈现出最大的降解率0.0187 min~(-1)。这种枝晶结构呈现微纳结构,因此便于存储和回收。     

半固态非枝晶组织合金的制备及形成机理

结合作者的研究方向--固液混合铸造制备非枝晶微晶合金,介绍了半固态非枝晶组织材料制备的发展与现状,分析了其非枝晶组织的形成机理.重点介绍了固液混合铸造技术的工艺及其非枝晶组织的形成机理.     

Si-Ni合金中小晶面枝晶生长的相场法模拟

相场法作为一种有效预测过冷熔体凝固过程的数值模拟计算方法,在模拟枝晶生长方面得到了广泛应用。应用界面能的校正形式,建立二元合金小晶面枝晶生长的相场模型,对Si-Ni二元合金小晶面枝晶生长进行了模拟。结果表明,当各向异性强度系数超过临界值υ=1/15时,枝晶生长表现出小晶面生长形态,尖端曲率效应消失,呈现出棱角状的不连续结构;同时在枝晶主支上产生大量侧向分支。实验观察验证了小晶面枝晶生长相场模型的有效性。     

金属镍枝晶电沉积的二维生长

将分形几何与电化学原理相结合,编程模拟了点阴极和点阳极电沉积中枝晶的分形生长。采用圆形电解池点阴极电沉积和点阳极射流电沉积的方法分别制备了不同浓度下的金属镍枝晶,并与模拟结果进行比较,结果表明,点阴极电沉积和点阳极射流电沉积中的枝晶均是分形生长的;电解质浓度的变化对枝晶生长形态的影响与模拟的结果具有极好的相似性,模拟结果是可以对点阴极和点阳极电沉积中枝晶的生长机理进行正确表述的,同时发现,气泡对枝晶的生长形貌影响显著。     

FGH95粉末枝晶间合金元素偏析的研究

测定两种工艺方法生产的FGH95粉末颗粒截面的枝晶偏析和胸晶偏析，结果表明：粉末颗粒内部枝晶间（或胞晶间）富Mo,Nb,Ti元素而贫Ni,Co,W元素。随着粉末颗粒尺寸的减小，枝晶偏析（或胞晶偏析）明显减小。与相同粒度级别的氩气雾化（AA）粉末相比，等离子体旋转电极（PREP）粉末的枝晶偏析明显低于AA粉末的枝晶偏析。     

超细晶化对高温合金GH4169性能的影响

为了研究超细晶化对高温合金GH4169机械性能的影响。对超细晶GH4169合金与普通GH4169合金在室温，高温的力学性能及较低应变速率下，950℃时的超塑拉伸性能进行了对比。结果表明：超细晶GH4169合金相对于普通GH4169合金其室温强度有所提高；超细晶GH4169合金在950℃有很好的超塑性，相对于普通GH4169合金其流动应力大大降低，可用于超塑成形。     

TbDyFe中稀土元素的烧损对组织和性能的影响

在模拟实验低真空环境下,将Tb,Dy及Fe合金元素经过熔炼、定向凝固、热处理后,制备了Tb_(0.27)Dy_(0.73)Fe_(1.91)合金棒。测试合金棒的磁致伸缩性能,研究材料的组织结构,分析组织中缺陷产生的原因。结果表明:在低真空环境下,大量的孪生枝晶片层和普通孪晶组织产生,其中片层状孪晶具有良好的压磁效应和力学性能,而普通孪晶的产生对材料磁致伸缩性能产生不利影响。合金基体主要相为REFe_2与REFe_3耦合相,烧损导致合金的成分偏离,造成包晶REFe_2相和初生REFe3相的耦合生长。与此同时,存在由于热应力产生的微裂纹和稀土元素偏聚烧损后产生的孔洞。这些组织和缺陷对TbDyFe合金棒的磁致伸缩性能和力学性能产生不利影响。     

Al-4%Cu凝固过程枝晶生长的数值模拟

改进了模拟枝晶生长常用的二维元胞自动机和有限差分(CA-FD)模型,新模型引入扰动函数来控制二、三次枝晶的生长;在枝晶生长过程中,将溶质浓度明确地分为液相溶质浓度和固相溶质浓度两部分;并在溶质再分配与扩散过程中采用八邻位差分以减少网格形状导致溶质扩散的各向异性。模拟了Al-4%Cu二元合金过冷熔体中,单个和多个等轴晶沿不同择优方向生长及单方向和多方向柱状树枝晶竞争生长过程中的枝晶形貌、液相溶质浓度和固相溶质浓度分布情况。模拟结果表明:扰动的引入能够促使枝晶产生分支,并控制二、三次枝晶的生长速率;液/固相溶质计算模型能够准确地模拟出枝晶生长过程中液/固相溶质分布;此外改进后的模型实现了枝晶沿任意方向的竞争生长。     

流体受迫流动下的柱状枝晶非对称生长

本文对Ｃｒ２５－Ｎｉ２０不锈钢在受迫流动条件下的柱状枝晶生长行为作了研究，结果表明，流体的定向受迫流对柱状枝晶的形貌影响很大，柱状枝晶的一次枝晶主干相互平等且明显细化，而柱状枝晶迎流侧的二次分枝较背流一侧发达，两侧的二次分枝呈不对称生长，但二次分枝始终垂直于一次枝晶主干，受迫流动造成柱状枝晶两侧温度分布的不均匀，是产生柱状枝晶不对称生长的主要原因。     

重力对镍基单晶高温合金枝晶生长和微观偏析的影响

使用长50 m的落管研究Ni-Cr-Al-W-Ta镍基单晶高温合金在重力(1g)和微重力(μg)条件下的凝固行为。用金相显微镜(OM)观察合金的凝固组织并用图像分析软件测量和统计一次和二次枝晶间距,使用扫描电镜能谱(SEM-EDS)测定不同位置枝晶干与枝晶间的化学成分并计算微观偏析系数。结果表明,在重力和微重力条件下这种合金的枝晶特征和合金元素的微观偏析明显不同。重力样品一次和二次枝晶间距比微重力样品的大,随着凝固距离的增大一次枝晶间距的差异变大,而二次枝晶间距的差距变化不大。随着凝固的进行,微重力样品枝晶间Ta、Cr和Al元素的含量呈现先明显升高后略微降低的趋势,W元素含量呈现逐渐下降的趋势,枝晶间液相的密度呈现略微降低的趋势。重力样品枝晶间Ta、Cr和Al元素含量的分布趋势与微重力样品基本相似,W元素含量的分布则与微重力样品明显不同,大部分凝固阶段呈上升趋势,使枝晶间液相的密度沿逆重力方向提高。上述结果表明,在重力条件下凝固前沿溶质密度差导致的对流作用微弱,不是造成枝晶间距增加的主要原因,主要原因应该与凝固前沿热对流造成的温度梯度的降低有关。