强磁场下金属凝固研究进展

强磁场下金属凝固研究是一个新开辟的研究方向,有着广阔的前景。叙述了强磁场的基本效应,综述了强磁场下金属凝固的研究进展。重点介绍了磁场对凝固动力学、固/液界面稳定性、单相合金生长、共晶生长、热电磁流动及其作用、第二相颗粒运动的影响等方面的研究工作。指出了需要进一步研究的主要问题,以及所需的相关物理参数。     

电磁场作用下的金属凝固与成形

综述了电磁场在金属凝固成形过程中的主要应用及其基本原理，指出了应用计算机数值模拟方法求解材料电磁加工问题的重要性及其今后的发展方向。     

旋转电磁场作用下金属凝固补缩机理探讨

研究了金属熔体在旋转电磁场作用下的凝固过程。据金属凝固理论和磁流体力学分析,电磁搅拌力引起的动量对流对补缩的促进作用并不大。旋转电磁场阻碍中心疏松、缩孔形成的机制为：电磁力引起的动量对流增强了熔体的热、质传输过程,使熔体温度分布更趋均匀,温度梯度减小,使心部熔体的固相率更趋一致且在短时内增至特征固相分数,且凝固末期熔体的凝固速率增大,使心部熔体在短时内凝固,从而避免了中心疏松、缩孔的形成。     

金属熔体在超声场中凝固的研究

本文综述了超声场对金属凝固过程的影响，着重总结了声空化、声流所起的作用，同时介绍了超声在新材料制备中的应用。     

电场作用下的金属凝固行为研究

在全面综术电场（电流场和静电场）作用下金属材料凝固行为研究工作的基础上,从电致迁移,非平衡相变和电磁紧缩力三个方面分析探讨了造成材料组织变化的物理机制,旨在推动凝固组织电场控制技术的应用和发展。     

交变电磁场下金属熔体的电磁约束连续成形与凝固

论述了连续铸造中模壳材料对铸件性能的影响。在介绍液态金属电磁成形原理的基础上,重点讨论了铝合金和钢铁材料的电磁成形以及存在的问题,并提出了液态金属电磁近终成形技术。利用开发的双频电磁近终成形技术,成功地实现了两种不同频率组合下的电磁成形过程,制备出了复杂弯月截面、复杂形状无模壳电磁成形的样件。     

在磁场作用下Al-Pb合金连续凝固组织的形成过程

在恒定磁场作用下对Al-Pb合金进行连续凝固实验,研究了磁场对Al-Pb偏晶合金凝固特性的影响。结果表明,在恒定磁场作用下得到了弥散相均匀分布于基体的凝固试样。随着磁场强度的提高试样中富Pb相粒子的弥散度增加。恒定磁场能增加合金熔体的有效粘度,减小弥散相液滴相对于基体熔体的运动速度,抑制基体熔体对流,促进偏晶合金形成弥散型复合凝固组织。     

静磁场下热电磁效应及其对凝固组织的影响

由于塞贝克效应,当施加一个温度梯度时,在凝固界面将会产生一个热电流。在磁场下定向凝固过程中热电流和静磁场相互作用将会产生一个显著的热电磁力。此磁力将会诱发各种现象,比如液体搅拌、固相运动以及固相受力。由于在金属的凝固过程中常常存在温度梯度,这些效应将会普遍存在。在较小和适度的磁场下热电磁力将促进液体的流动,在较强的磁场下其将抑制液体的流动。另外,热电磁流有多尺度效应,即尺度越小,抑制液体流动所需的磁场越高。至今,已经完成了大量涉及多种合金的实验,所有的实验结果均表明在凝固前沿和糊状区均存在热电磁流。热电磁流动显著地影响凝固过程中微观和宏观偏析、凝固组织以及糊状区晶界结构。热电磁流动的方向以及相应的偏析可以通过改变磁场的方向而被控制。另一方面,作用于固相的热电磁力也将显著地影响固相凝固组织,表现为固相所受的热电磁力导致枝晶的断裂、枝晶碎片的运动和柱状晶-等轴晶转变等。近年来,同步辐射X射线成像技术被应用于实时观测在横向磁场下定向凝固过程中枝晶的生长行为,观察在磁场下枝晶发生断裂和枝晶碎片沿一定方向运动的行为,这进一步证实了磁场下热电磁效应在凝固过程中显著地影响凝固组织。     

实时观察法在金属凝固中的研究进展

介绍了用于研究凝固过程的实时观察法的发展情况,同时综述了目前用于实时观察法研究的合金类型和现有的实验仪器和装置,分类探讨了类金属合金实时观测现象与金属合金实验结果的吻合程度,和对实际凝固实验中无法克服的困难的解决情况,并对国内外的发展情况和存在问题进行了分析和讨论.     

在脉冲电流或脉冲磁场作用下LY12合金的凝固组织

在LY12铝合金凝固过程中施加脉冲电流或脉冲磁场，研究脉冲电流或脉冲磁场对这种合金凝固组织的影响。结果表明，脉冲电流和脉冲磁场均可使晶粒明显细化，等轴化，在脉冲电磁艇下金属凝固组织的晶粒细化机制为：在脉冲电磁场的作用下剧烈的强迫对流促进晶粒从型壁上游离，大大增加金属熔体的形核率，导致晶粒细化；温度相对均匀使得游得的晶粒得以保存下来，抑制了晶粒在某个方向上的优先,从而抑制了树枝晶的形成。     

旋转磁场作用下Pb-Sn合金的凝固行为

采用永磁体旋转装置实现了Pb-50wt%Sn亚共晶、Pb-61.9wt%Sn共晶合金旋转磁场条件下的凝固,并对其凝固规律进行了研究.发现与常规条件下相比,旋转磁场导致的合金熔体内部强迫对流加快了合金熔体的冷却速率,提高熔体初始形核温度,促发熔体提前形核并能使凝固时间缩短.Pb-61.9wt%Sn共晶合金的宏观偏析被有效抑制,在整个样品中得到了二元共晶组织,共晶层片粗化,局域地区出现了不规则共晶组织.对于Pb-50wt%Sn亚共晶,初生相(Pb)的生长方式由粗大枝晶转变为细小的球状颗粒,且晶粒显著细化.     

磁场在金属材料制备成形中的应用

讨论了稳恒磁场、变化磁场对金属凝固组织、基体中合金元素的固溶度以及Al-Cu合金热裂的影响,介绍了动磁压制技术的原理、特点及应用情况,磁场在提高NdFeB永磁体的磁性能和在粉末固相、液相烧结致密化中的应用,并展望了磁场在金属凝固和粉末冶金中未来的研究和应用发展前景.     

定向凝固微观组织相场法模拟的研究进展

定向凝固过程中的界面形态对凝固组织有着决定性作用,相场法可以很好地展示凝固过程固液界面形态的演变。阐述了定向凝固相场方法数值模拟的基本原理及国内外研究现状,并指出了该领域目前面临的问题及未来发展趋势。     

行波磁场在晶体生长过程中的研究进展

针对行波磁场的应用评述了其近几年理论和实验的研究进展,包括行波磁场原理、行波磁场发生器的设计、行波磁场在晶体生长过程中的效应。论述了在晶体生长过程中行波磁场引起的子午线流对导电熔体的稳定性、生长界面形貌和溶质分布的影响,指出了该领域当前研究存在的问题并展望了其发展趋势。     

金属熔体在超声场中凝固的研究

本文综述了超声场对金属凝固过程的影响，着重总结了声空化、声流所起的作用，同时介绍了超声在新材料制备中的应用。     

强磁场下Zn-2 wt.%Cu合金定向凝固的初步研究

本文进行了10T强磁场下Zn-2wt.%Cu合金的定向凝固的初步研究.结果发现下拉速度较低时,无磁场时晶体以平界面方式生长,而施加磁场则产生带状组织,并且随着磁场的增加带状组织越来越明显,带状组织间距越来越小;当定向凝固速度较高,晶体以枝晶方式生长时,磁场促进枝晶的分枝,并扰乱枝晶规则生长;随定向凝固速度提高,磁场的作用逐渐减弱.     

磁场在晶体生长中的应用

针对磁场在晶体生长中的应用,综述了近年来该领域数值模拟和实验研究的进展,包括静态磁场和动态磁场的产生原理及其在晶体生长中的效应。分析了晶体生长过程中存在的主要流动。综述了晶体生长过程中磁场力对导电熔体对流、固液界面形貌和杂质分布的影响,重点分析了磁场在直拉法单晶硅和定向凝固法多晶硅生长过程中的应用,总结了该领域当前存在的问题及其发展趋势。     

强磁场下Cu-50%Ag合金定向凝固过程中的组织及固液界面形貌演变

目的 研究强磁场下Cu-50%(质量分数)Ag合金定向凝固过程中的组织演变、固液界面形貌变化及溶质迁移行为,分析强磁场对金属凝固过程的作用机制,为强磁场下的金属材料制备提供理论借鉴和指导。方法 在不同的凝固速率与磁场条件下进行定向凝固和淬火实验,对合金的定向凝固组织、糊状区与固液界面形貌以及溶质分布行为进行考察。结果 强磁场破坏了凝固组织的定向生长,使凝固组织转变为枝晶与等轴晶共存的形貌;强磁场诱发了熔体对流,减少了糊状区中溶质的含量;强磁场改变了固液界面处的溶质分布和固液界面形貌,破坏了固液界面的稳定性。结论 强磁场通过洛伦兹力和热电磁力的共同作用,诱发了糊状区内液相的纵向环流,改变了固液界面及糊状区中的组织形貌与元素分布。