电磁能对半连续铸造Al-Si-Cu-Mg合金微观组织与成分偏析的影响

应用新型熔体表面电磁能处理技术对半连续铸造Al-Si-Cu-Mg合金进行电磁能处理,探究电磁能对半连续铸造Al-Si-Cu-Mg合金微观组织与成分偏析的影响。利用光学显微镜（OM）与等离子发射光谱仪对铸锭横断面进行微观组织观察与成分检测。实验结果表明,电磁能作用下,初晶Si减小、形状因子增加,偏聚情况得到改善。α-Al尺寸与二次枝晶臂间距减小。电流增加至40 A,初晶Si尺寸减小29.76%左右,形状因子增加至0.51左右,形状更加接近圆形。心部微观组织中α-Al等积圆直径为18μm,二次枝晶臂间距为11.28μm,边部微观组织中α-Al等积圆直径为11μm,二次枝晶臂间距为7.2μm。以电流40 A为例,电磁能作用下,溶质元素Si, Cu, Mg相对偏析度降低,元素分布更加均匀,溶质元素的成分偏析被显著改善。分析电磁能作用下形核过程,认为电磁能作用合金熔体内的原子集团,改变合金熔体的结构,是电磁能细化合金微观组织的重要原因。     

超声铸造7050铝合金的微观组织和宏观偏析规律

采用不同功率超声对铝熔体进行处理,研究超声场对7050铝合金凝固组织和宏观偏析的影响规律.结果表明:超声振动产生的空化效应和声流效应影响熔体的凝固过程,合理功率的超声能有效细化晶粒、优化组织及改善宏观溶质分布.当超声功率达到170 W时,铸锭径向宏观偏析的弱化效果最好,Zn、Mg和Cu的偏析指数分别为0.0593、0.0565和0.0319;超声功率超过170 W,溶质元素在中心区域富集量显著提高,宏观偏析程度增大.     

磁场搅拌方式对Sn-11％Sb合金凝固组织与偏析的影响

中心偏析是钢连铸坯的常见缺陷,严重影响了产品的质量。电磁搅拌是对金属凝固过程进行控制、改善连铸坯质量的有效手段,旋转磁场电磁搅拌在钢的连铸过程中已得到广泛的应用,但螺旋磁场电磁搅拌的研究鲜见报道。以低熔点合金模拟钢的凝固过程,对采用不同电磁搅拌方式改善中心偏析缺陷的效果进行了模拟对比试验。研究了螺旋磁场电磁搅拌和旋转磁场电磁搅拌对Sn-11%Sb二元合金凝固组织的影响,并与常规条件下的凝固组织进行对比。试验结果表明,在相同电磁搅拌参数下,螺旋磁场电磁搅拌比旋转磁场电磁搅拌更能减小铸锭上下部成分之间的差异,细化晶粒,更好地促进铸锭成分均匀化效果。     

凝固组织对耐候钢中磷偏析的影响

进行了高温模拟实验,通过改变凝固速率和添加稀土元素来改变耐候钢的凝固组织,研究了枝晶大小以及等轴晶率的不同对耐候钢中磷元素宏观偏析的影响.结果表明,加快冷速、添加稀土元素可以明显细化晶粒,提高等轴晶率,从而显著减轻磷元素的宏观偏析.     

流槽中除气和过滤作用对晶粒细化剂添加效果的影响

添加晶粒细化剂有助于改善铸态晶粒尺寸、减小第二相尺寸分布并减少热裂倾向.然而,铝合金半连续熔铸中存在细化剂利用率较低、晶粒细化效果不佳的问题,影响产品质量.对流槽不同区域在线取样来分析除气和过滤作用对Al-5Ti-1B细化剂细晶效果的影响.通过荧光光谱仪和偏光金相观察细化剂添加后主要细晶元素Ti和B含量及α-Al晶粒尺寸的变化,结合TiB2和TiAl3的尺寸分布粗算过滤比例,最后采用晶粒尺寸预报模型研究熔体中TiB2数密度的改变对细晶行为及细晶效果的影响.研究表明:除气对细晶效果影响不大,而二次过滤后大部分TiAl3和60％TiB2颗粒会被过滤.TiB2的筛除造成有效形核质点数密度的大幅降低,细晶效果下降近一半,α-Al晶粒尺寸由93 μm增长至144 μm.     

20CrMnTiH齿轮钢铸坯宏观碳偏析对轧材带状组织的影响

20CrMnTiH钢Φ130 mm圆钢的生产工艺流程为120 t BOF-LF-VD-300 mm×430 mm坯连铸-连轧。不同连铸工艺(过热度15～30℃,电磁搅拌0～400 A)生产的连铸坯和轧材的宏观碳偏析表明,较高的过热度和过强的结晶器电磁搅拌会加重20CrMnTiH钢连铸坯和轧材的宏观碳偏析;严重的宏观碳偏析,加剧晶枝偏析,提高钢的带状组织级别并提高退火钢材正偏析区的硬度值。     

La、Ti处理对FeCrAl不锈钢凝固组织的影响

采用金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)对La、Ti处理的FeCrAl不锈钢铸锭凝固组织进行了分析研究,结果表明:未经La、Ti处理的纯铁素体不锈钢凝固组织中晶粒尺寸较大,纵向截面晶粒平均值为4.64mm,横向截面晶粒尺寸平均为4.71 mm;La处理不锈钢可以明显细化钢中凝固组织的晶粒尺寸;Ti在细化FeCrAl不锈钢晶粒的同时可以提高不锈钢的等轴晶率;加入La和Ti后形成的高熔点第二相粒子有利于细化晶粒,钢中析出的大量TiN可以提高凝固组织的等轴晶率.     

轻压下参数对连铸板坯半宏观偏析的影响

 研究了压下位置、压下率和压下量等轻压下参数对连铸板坯半宏观偏析的影响。研究结果表明,中心线偏析由相互独立的半宏观偏析点组成,半宏观偏析面积比与中心最大碳偏析比有良好的正相关关系,因此改善连铸板坯中心线偏析的关键在于降低半宏观偏析面积比。轻压下对于降低半宏观偏析面积比有重要影响。工业试验结果表明,当压下位置位于固相率大于0.75、压下率为1.2mm/m以及压下量为4.5mm时,能够显著降低半宏观偏析面积比,从而改善连铸板坯的中心线偏析。     

过热度对高碳钢小方坯宏观偏析影响研究

摘要：基于国内某厂高碳钢小方坯连铸生产过程,首先利用ProCAST软件进行过热度对连铸坯宏观偏析影响的模拟研究,然后对过热度分别为44、39和28℃的连铸坯横断面和纵截面进行宏观偏析和疏松缩孔的研究。模拟结果表明:连铸坯横断面中心碳偏析随着过热度的增加不断增大,过热度超过25℃时,连铸坯横断面中心碳偏析度更加严重;试验结果表明,过热度分别为44、39和28℃ 的连铸坯横断面中心碳最大偏析度分别为1.39、1.32和1.06。结合模拟结果能够有效指导实际生产过程中连铸参数的调整,过热度越高,连铸坯中心碳偏析、条带状疏松缩孔越严重,为了降低连铸坯宏观偏析,建议将过热度控制在25~30℃。     

双源超声辅助铸造相位差对铝合金细晶效果的影响

建立双源超声铝合金铸造熔池模型,利用fluent软件模拟相同频率与不同频率下相位差对熔池声场的影响。仿真结果显示,相同频率下,相位差显著影响熔池声场的分布,随相位差增大,熔池空化域变小;不同频率下,相位差对熔池声场的分布无影响。通过不同相位差双源超声铸造试验发现,同频率振动下,相位差对双源超声铸造边部及超声辐射区的晶粒细化效果影响很小,心部晶粒细化效果随相位差变大效果变差;不同振动频率作用下,相位差对铸锭细晶效果无影响,心部晶粒细化效果与同频率相位差为90?时接近。同频率相位差0?超声作用下,铸锭心部晶粒尺寸较常规不同频率双源超声作用下心部晶粒尺寸大幅减小。     

超声外场对7050铝合金铸锭凝固微观组织的影响

基于元胞自动机法耦合有限差分法原理,对经超声外场处理的7050铝合金熔体凝固组织进行微观模拟,研究施振功率和冷却方式对7050铝合金微观组织的影响,在实验验证的基础上,对超声细化晶粒的机制进行说明。模拟和实验结果表明:熔体经超声处理,凝固组织明显细化,组织形貌由枝状晶变为细小等轴晶,超声的空化效应和声流效应使得形核率增加是晶粒细化的主要原因;在实验功率范围内,超声功率为240 W时晶粒细化效果最佳,此时晶粒的平均尺寸为72μm;超声细晶过程需要1个最短必要时间tmin,冷却强度低时,超声有效作用时间延长,晶粒的均匀化和细化程度增加。超声功率为200 W时,改变冷却方式,随炉冷却方式所得晶粒最小,平均尺寸为82μm。     

Ar/CCl_4联合净化对2219铝合金铸锭组织与力学性能的影响

借助氢含量检测、金相组织观察、力学性能测试和拉伸断口形貌观察等检测和分析方法,研究Ar/CCl_4联合净化对2219铝合金铸锭的组织与力学性能的影响,并与用固态RFI型精炼剂(简称RFI精炼剂)精炼的合金进行对比,同时,揭示精炼介质对夹杂物和氢的作用机制。结果表明:相对于用Ar/RFI联合精炼,采用Ar/CCl_4联合精炼2219铝合金熔体具有更高的除氢效率,并可有效抑制铸锭中缩松、气孔和夹杂的产生,Ar/RFI联合精炼和Ar/CCl_4联合精炼的除氢率分别为8.57%和17.67%;连续2次采用相同介质精炼时,Ar/CCl_4精炼的二次除氢率(15.4%)比Ar/RFI精炼的二次除氢率(8.57%)高;采用1次Ar/RFI联合精炼+2次Ar/CCl_4联合精炼时铸锭的抗拉强度和伸长率分别达到205.69 MPa和14.5%。此外,相对于1次Ar/RFI联合精炼+1次Ar/CCl_4联合精炼,合金经一次Ar/RFI联合精炼+2次Ar/CCl_4联合精炼后的抗拉强度提高21.63 MPa,伸长率提高4.04%,合金的断裂行为由脆性断裂向韧性断裂转变。     

Simulation of convection and macrosegregation in a large steel ingot

Melt convection and macrosegregation in casting of a large steel ingot are numerically simulated. The simulation is based on a previously developed model for multicomponent steel solidification with melt convection and involves the solution of fully coupled conservation equations for the transport phenomena in the liquid, mush, and solid. Heat transfer in the mold and insulation materials, as well as the formation of a shrinkage cavity at the top, is taken into account. The numerical results show the evolution of the temperature, melt velocity, and species concentration fields during solidification. The predicted variation of the macrosegregation of carbon and sulfur along the vertical centerline is compared with measurements from an industrial steel ingot that was sectioned and analyzed. Although generally good agreement is obtained, the neglect of sedimentation of free equiaxed grains prevents the prediction of the zone of negative macrosegregation observed in the lower part of the ingot. It is also shown that the inclusion of the shrinkage cavity at the top and the variation of the final solidification temperature due to macrosegregation is important in obtaining good agreement between the predictions and measurements.     

超声场作用下7050铝合金的溶质再分配与组织形成的建模仿真与分析

对不施加超声、施加300 W、1 000 W功率超声处理的半连铸成形7050铝合金大扁锭进行晶粒细化的实验研究,并基于元胞自动机-有限元(CAFE)法,建立7050铝合金形核和晶粒生长的数学模型,得到形核参数对仿真结果的作用规律。依靠成分过冷发展的初始阶段建立生长限制因数Q的物理模型,对超声细化晶粒的机制进行说明。模拟和实验结果表明:1 000 W功率超声的晶粒细化效果最佳,此时晶粒的平均尺寸为204μm;模具表面形核的高斯分布平均过冷度、模具表面以及熔体内部形核的高斯分布标准方差对预测晶粒结构影响不大,模具表面及熔体内部形核的高斯分布最大形核密度、熔体内部形核的高斯分布平均过冷度对仿真结果影响显著;晶粒尺寸随Q值增大呈大致单调递减趋势,晶粒大小与Q具有良好的关联性。     

过热度对GCr15SiMn轴承钢钢锭宏观偏析的影响

针对GCr15SiMn钢锭易出现宏观偏析凝固缺陷的问题,研究了过热度对GCr15SiMn钢锭宏观偏析的影响规律,使用真空感应炉冶炼1 kg的GCr15SiMn钢锭,通过酸侵试验与OPA技术分别测定了钢锭的凝固组织与宏观偏析,并结合ProCAST软件分析了钢液流动的规律。结果表明,高过热度(70 ℃)时,中心下部出现一定程度的负偏析,中心上部形成了较严重的正偏析同时伴随疏松;中过热度(50 ℃)时,疏松范围较小,碳元素分布较均匀;低过热度(20 ℃)与极低过热度(-20 ℃)时,疏松范围扩大,凝固初期是严重负偏析,凝固末期是严重正偏析。过热度影响偏析的机理为,高过热度时,凝固过程热对流较强,溶质上浮,钢锭上部的正偏析严重;当过热度过低时,初期凝固大量形核并保留在钢锭底部,在底部形成严重的负偏析。     

中等厚度连铸板坯中心宏观偏析特性研究

精确了解连铸板坯偏析分布的特征,对连铸的工艺控制以及提高连铸坯检测效率有很好的指导价值。本文采用金属原位分析仪对中等厚度连铸板坯的宏观偏析特征进行了系统地研究。结果表明:铸坯中心偏析成岛状出现在中心线附近,且彼此孤立,中心成分起伏波动大;最大偏析的出现位置有一定的偶然性,有时偏离中心线;正偏析元素在整个中心等轴状晶区域内平均含量比较高,波动剧烈,但偏析程度变化在该区域没有明显的趋势;柱状晶组织向等轴状晶的过渡区为严重偏析的高发区域,不同枝晶的生长方式使该区域出现重偏析带。     

2219铝合金的TTT曲线与微观组织

采用分级淬火方法测定2219铝合金的时间-温度-电导率(TTT)曲线。利用EDS和TEM等分析手段并结合Avrami方程,研究2219铝合金在等温过程中的组织变化和相变动力学。结果表明:合金TTT曲线的鼻尖温度为440℃,淬火敏感温度区间为300~480℃;等温保温时,过饱和固溶体分解析出第二相粒子,在440℃附近,第二相(主要为θ平衡相)的析出速率达到最高;鼻尖温度的高相变驱动力和较快的扩散速率是θ相析出和长大的主要原因,建议在淬火敏感区间应加快淬火冷却速率避免粗大平衡相的析出,而高于淬火敏感区间温度时可适当降低冷却速率减小热应力的影响。     

稀土元素对耐候钢元素偏析的影响

应用金属原位统计分布分析技术(OPA)研究了耐候钢铸锭中C、P、S、Cu、Si和Mn的宏观偏析规律,并分析了稀土元素对耐候钢中元素偏析的影响.结果表明,在30%～40%等轴晶率,20℃过热度下,元素C、S、P和Cu能产生严重的宏观偏析,C、S呈中心正偏析,P、Cu呈中心负偏析并伴随有反偏析,而Si和Mn的分布较为均匀.各个元素中心偏析位置完全相同.稀土元素在钢中的固溶度为10-5～10-4,固溶稀土元素可以细化枝晶,提高等轴晶率.钢中加入质量分数0.38%～0.55%的稀土元素可以有效改善C、S、P和Cu的宏观偏析.     

快速循环相变对GCr15SiMn钢组织和性能的影响

在Gleeble1500D热模拟试验机上对GCr15SiMn钢进行了不同道次的快速循环相变处理。结果表明,随循环次数的增加,试验钢组织趋于均匀,晶粒逐渐细化,冲击韧性和硬度得到不同程度的提高。相变硬化再结晶是晶粒细化的主要原因。采用适当的快速循环相变处理工艺可使GCr15SiMn钢的综合力学性能得到有效提升。