凝固过程微观偏析数值模拟的研究发展

微观偏析现象对于合金性能和后续加工有非常重要的影响 ,对它的数值模拟研究已受到许多研究者的关注 ;回顾并简单地介绍微观偏析数值模拟的发展 ,指出现有模型的不足和以后的发展方向     

H13钢凝固组织控制技术进展

H13钢是应用广泛的热作模具钢品种,我国H13模具钢性能与一些发达国家相比,存在较大差距,等向性能差距尤为明显。分析了影响H13钢凝固组织的主要因素,介绍了化学成分优化的方向和细化其组织的主要手段,讨论了变质处理、电脉冲、流变铸造等新工艺在控制凝固组织中的机理。同时探讨了H13钢研究过程中存在的问题以及发展趋势。     

定向凝固Ti-46Al-8Nb合金的微观组织演变与微观偏析(英文)

在3～70μm/s的生长速度范围内对Ti-46Al-8Nb(摩尔分数,%)合金进行定向凝固实验,研究其微观组织演变和微观偏析形式。在该生长速度范围内,固-液界面表现为规则的枝晶生长,一次枝晶间距随着生长速度的加快而逐渐减小。在定向凝固过程中观察到典型的L+β→α包晶反应,最终得到具有α2/γ层片和B2相的微观组织。在各个晶粒中,层片与β相枝晶初始生长方向呈0°或45°。包晶反应导致严重的成分偏析,在凝固过程中,铝富集在枝晶间,铌富集在枝晶心部。随着α相的形核和生长,铌的偏析程度逐渐增大,从而促进B2相的析出,而富集在枝晶间的铝在包晶反应发生后逐渐变得均匀、一致。     

低碳纯净钢连铸坯凝固前沿元素微观偏析模型的研究

建立了一个连铸坯凝固前沿的元素微观偏析模型,模型考虑了钢的包晶相变,以及凝固过程枝晶粗化的影响。首次对低碳(0.01%~0.09%C)纯净钢凝固前沿的元素偏析行为做了模拟研究。钢凝固过程P、S、C的偏析程度要高于Si、Mn,固相率大于0.9以后,C、S、P偏析度急剧上升。随着Mn含量的增加S元素的偏析度逐渐降低,当固相率大于0.8以后,S元素的偏析受到Mn的抑制,偏析程度开始降低。对0.01%~0.09%C的低碳纯净钢,凝固过程中钢液始终以δ相凝固,无δ-γ相变过程。     

Nb，Ti含量对J－90合金凝固偏析的影响

采用电子探针对不同Ｎｂ，Ｔｉ含量的Ｊ－９０合金凝固组织中Ｎｂ，Ｔｉ的面分布及枝干心部元素的化学成分进行了分析。结果表明：随合金中Ｎｂ含量增加，合金中Ｎｂ的偏析趋于严重。而Ｔｉ的分布则趋于均匀化；合金中Ｔｉ量增加时，Ｎｂ，Ｔｉ的偏析均趋于减轻。定量测试发现，当合金中Ｎｂ，Ｔｉ含量增加时，Ｎｂ，Ｔｉ的初凝平衡分配系数均有所增加。通过分析比较还发现，以元素最高含量与最低含量之差作为比较参数，可以合理地反映出合金中元素含量少量调整时元素偏析程度的变化取决于合金中元素的含量和元素分配系数这两个基本因素。同时，实验结果还说明，可以通过降低合金中微量元素含量使凝固时溶质富集层中Ｐ等微量元素含量的降低，使得Ｎｂ，Ｔｉ等易偏析元素的含量相对增加，从而使合金的凝固偏析得以降低。     

钢液凝固过程中微观偏析和钛氧夹杂生成的耦合模型

根据钢液凝固时元素的固-液界面的偏析，并结合溶质元素在固、液相中的有限扩散，建立了钢液凝固过程中微观偏析和钛氧夹杂生成的耦合模型，模型计算表明：由于钛氧夹杂的生成，凝固过程中溶质元素的微观偏析程度得到较大抑制；控制适当的氧含量，有利于夹杂物均匀分布；随着冷却速率的增加，夹杂物数量增加，尺寸变小，当控制在目前薄板坯条件下，半径为0．58μm、含量为10^-5量级的夹杂物可弥散分布于钢中，有利于性能的改善。     

Nb对H13钢组织及冲击性能的影响

采用OM、SEM、EDS、相分析、硬度测试和冲击性能试验等分析手段,对比研究Nb含量为0、0.067%和0.270%(质量分数)的H13试验钢淬回火后的组织及力学性能。结果表明,加入Nb后试验钢淬火硬度有所下降;淬火温度提高后,含Nb试验钢的晶粒尺寸小于0Nb试验钢,但含Nb试验钢中存在部分未溶碳化物;3种试验钢回火后的二次硬化峰均出现在510 ℃。经1050 ℃淬火、不同温度回火后,0.067Nb试验钢的冲击吸收能量高于0Nb试验钢。0.27Nb试验钢受到大尺寸碳化物的影响,淬火温度在1080 ℃以下时,冲击吸收能量不及另两种试验钢。     

钢连铸过程中两相区溶质微观偏析模型研究

以溶质扩散和质量守恒为原则,考虑多组元合金元素影响相变的规律,建立非平衡凝固两相区溶质微观偏析模型。将实验研究数据与模型计算值进行比对,进一步验证模型的可靠性。结果显示,模型计算得到的两相区特征温度,凝固前沿残余液相中元素含量与实验值均能较好吻合。     

Haynes230合金凝固过程中的相变及元素偏析

利用差热分析(DTA)研究了Haynes230合金凝固过程的相变,结合光学显微镜(0M)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)分析了该合金的凝固组织和偏析程度,计算了主要偏析元素的偏析系数.结果表明:Haynes230合金铸态组织主要是由γ固溶体基体,M6C型碳化物和W(Cr)的体心立方相组成,合金的凝固顺序为L→L γ→L (γ M6C) γ→M6C W(Cr) γ,Cr、W、Mo元素的偏析系数分别为2.03、1.96、1.81.     

Microsegregation of Alloying Elements in Cast Iron

Abstract

The microsegregation of Mn, Cu, Cr, Mo, Ni and Si has been measured in ductile iron which has been quenched during solidification. Effective segregation coefficients have been determined for each of the elements, and used to calculate the segregation on the basis of the Scheil equation. The calculated values agree reasonably well with the measured values of solute concentration as a function of the solid fraction. On the basis of the measured segregation of the alloying elements, the mechanisms by which the segregation affects the as-cast microstructure are considered, and an explanation for the effect of the segregation on the hardenability of ductile iron is proposed.     

高合金铁基材料熔渗工艺研究

采用光学显微镜、扫描电镜观察和力学性能测试研究了熔渗处理对高合金铁基材料显微组织和性能的影响.结果表明,熔渗前预烧温度的控制直接影响熔渗的效果.在1160 ℃预烧,显微组织中有很多大小均匀、连通的孔隙,有利于熔渗的进行;硬质相中Mo、Cr扩散程度较低,熔渗过程中,铜均匀填充孔隙,大小均匀,密度达到7.85 g/cm3,各项性能较好;Mo、Cr的扩散程度明显提高;Cu基本分布在填充孔隙的部分.热处理后,材料的硬度和强度均有提高,但冲击韧度下降.从冲击断口形貌可以看出,熔渗后的材料呈现明显的塑性断裂特征.通过合理控制熔渗过程中的工艺参数,可获取高致密度、高性能的铁基粉末冶金材料.     

合金元素对34Mn2V钢凝固组织的影响

为改善34Mn2V钢大圆坯断面凝固组织结构,采用CAFE′法对断面凝固组织进行了模拟计算,研究了钢液中主要合金元素含量对凝固组织的影响规律。模拟结果表明:在钢种成分允许范围内,适当提高Si含量有助于增加晶粒数目和中心等轴晶率、减小晶粒平均半径,当Si含量超过一定限度后,三者将保持平稳不再大幅变化;Mn含量的提高也可增加形核数目和中心等轴晶率,但增幅相对较小;V含量的调整几乎不能引起凝固组织结构的变化。对34Mn2V钢主要合金元素含量进行优化调整后,模拟结果显示,铸坯凝固组织中的晶粒数目较优化前增加了27.71%,晶粒平均半径减小了18.75%,中心等轴晶率增加了43.24%,凝固组织结构较为理想。     

Influence of Alloying Elements Upon the Solidification Interval of CA6NM Cast Martensitic Stainless Steel

The influence of different Cr and C contents upon the solidification interval of ASTM A352M-06 Grade CA6NM cast martensitic stainless steel has been investigated using computational thermodynamics, and checked against DTA measurements in samples taken from 13 large cast parts, in order to identify potential sources for improvement on the part castability. Calculation results suggest, indeed, that this would be the case for C: when its content increases from 0.018 to 0.044 wt.% C (within the allowed range in the alloy specification), the solidification intervals increases from 25 to 43 K, which suggests improved castability with decreasing C contents. DTA results, however, do not support this prediction, showing a fairly constant solidification interval around 23 K for all investigated samples. The results are discussed both regarding the impact in alloy processing and the fitness of the existing databases to reproduce experimental results in these limiting cases.     

碳对高钒高速钢凝固过程的影响

通过定向凝固-液淬试验,金相分析,扫描电镜等手段,研究了碳量变化对含钒10%的高钒高速钢初生相析出顺序的影响.结果表明:高钒高速钢(10%V)凝固时,初生相的析出顺序与碳含量有关.若碳含量低于1.64%,首先从液相中析出铁素体;碳含量位于1.64%和2.09%之间时,首先从液相中析出铁素体 VC;碳含量大于2.5%时,首先从液相中析出VC.随着凝固的进行,当合金成分达到二元共晶和包共晶成分时,分别发生相应的二元共晶和包共晶转变.     

易切削贝氏体塑料模具钢中合金元素的作用

研究了新型易切削贝氏体塑料模具钢（Ｙ８２）的合金设计及性能,分析了合金元素Ｓｉ、Ｓ及Ｃａ在钢中的作用。Ｙ８２钢在空冷后可得到贝氏体／马氏体复相组织,它具有良好的综合力学性能及较高的空冷淬透性。     

H13钢软化退火工艺的研究

为降低Ｈ１３钢的硬度，提高切削加工性能，测定了该用的临界点，进行了不同工艺的退火试验，为工厂合理制定Ｈ１３钢软化退人工艺提供了依据。     

H13钢退火用TTT图及球化退化工艺的研究

用全自动相变测定仪测定了Ｈ１３钢退火用ＴＴＴ曲线，分析了它与Ｈ１３钢淬火用ＴＴＴ曲线的差别，研究了Ｈ１３钢的球化退火工艺及共在不同工艺下的组织和硬度，为合理制订１３钢球化退火工艺提供了依据。     

H13钢的热处理工艺改进

Ｈ13钢在珠江三角洲的五金、机械行业广泛用于锻模、挤压模及压铸模等热作模具 ,以取代传统的5ＣｒＭｎＭｏ和 3Ｃｒ2Ｗ 8Ｖ钢。近年来 ,通过抽检多家材料供应商和各生产厂家 ,发现国产Ｈ13钢与进口钢相比存在的最大差别是成分偏析、带状组织严重等现象。用此类材料制造的工模具 ,经常规工艺处理后 ,常常出现早期失效[1～ 3] 。因此 ,有必要改善热处理工艺。1　试验材料与方法　　试验选用某厂生产的Ｈ13钢试样 ,经测定 ,其化学成分 (质量分数 ,% )为 :0 4 0Ｃ ,0 87Ｓｉ,0 2 8Ｍｎ ,0 0 2 1Ｓ ,0 0 18Ｐ ,5 0Ｃｒ ,1 2 5Ｍｏ ,0 92Ｖ…