改变热流方向对定向凝固条件下晶体生长方向的影响——类金属透明有机物结晶过程的观察

控制柱状晶生长方向,实现任意方向的定向凝固,这对提高铸件性能具有重要意义。本文用类金属透明有机合金莰烯—1.2％环己醇,在定向凝固条件下,连续改变热流方向,在显微镜下直接观察结晶过程以探索控制柱状晶生长方向的可能性和途径。实验结果表明,当温度梯度G和生长速率R的比值G/R>8×10~(50)C·s/cm~2时,固液界面为稳定的平面状。当G/R=5×10~(50)C·s/cm~2时,固液界面开始由平面状转向胞状形态。在界面不断旋转的过程中,平面状形态几乎不发生变化,临界胞状形态只有微小的变化,说明在这些界面形态中,晶体位向的影响很小。     

Tb0．27Dy0．73Fe1．95合金定向凝固时的固液界面形貌与择优取向

在自制的超高温度梯度定向凝固装置中,通过对Tb0.27Dy0.73Fe1.95合金定向凝固条件和固液界面形貌及晶体生长取向间的关系进行分析,发现Tb0.27Dy0.73Fe1.95合金定向凝固时发生胞枝转变的的凝固条件为GL/V值介于9.60×102K.s/mm2～10.45×102K·s/mm2之间.固液界面形貌与晶体取向间有明显的对应关系,固液界面形貌为胞状晶或无侧向分枝的树枝晶时其择优取向为〈110〉,结晶形貌为树枝晶时其择优生长方向为〈112〉,而在胞-枝转变区晶体为〈110〉,〈112〉,〈113〉等多种取向的混合.当Tb0.27Dy0.73Fe1.95合金以较低的晶体生长速率定向凝固时易产生〈110〉择优生长方向,并且产生〈110〉择优生长方向时的晶体生长速率范围随温度梯度的增加而扩大.     

抽拉速率对Ti-47Al-3Nb-0.3Si定向凝固组织的影响

采用电阻加热定向凝固炉对Ti-47Al-3Nb-0.3Si合金在抽拉速率为5、15、50、100 μm/s下进行定向凝固试验,并观察和分析不同抽拉速率下的固液界面形貌、过渡区和定向生长区凝固组织.结果表明,抽拉速率为5 μm/s时,固/液界面以胞状界面向前推进,抽拉速率在15～100 μm/s时,固/液界面以树枝状向前推进,且随着抽拉速率的增大,一次枝晶间距减小.当抽拉速率为5～50 μm/s时,片层组织与生长方向夹角为45°,当抽拉速率增加到100μm/s时,片层组织与生长方向基本垂直.利用扫描电镜背散射观察定向生长区形貌发现,抽拉速率等于或大于15 μm/s时,在柱状晶内部或晶界处形成胞状Al偏析,且出现共晶γ相及Ti5(Si,Al)3相.     

抽拉速率对定向凝固Ni-45Ti-5Al合金微观组织的影响

采用Bridgman型液态金属冷却定向凝固方法,研究Ni-45Ti-5Al(摩尔分数,%)合金在不同抽拉速率(20、100和200μm/s)下定向凝固后的相组成及其形态特征。结果表明:Ni-45Ti-5Al合金定向凝固生长区呈现明显的柱状晶生长形态,定向效果良好,NiTi基体以[100]方向为择优取向,Ti2Ni析出相沿[111]晶向择优生长。随着抽拉速率的提高,Ti2Ni相更加细小、分散,由在胞晶界上几乎连续分布改变为断续分布。在20～200μm/s的宽生长速率范围内,均以胞状晶形态生长,固/液界面形态没有发生显著变化;随着抽拉速率从20μm/s增加到200μm/s,定向胞晶组织明显细化,平均胞晶间距由85μm减小到25μm。     

定向凝固自生共晶材料Al11La3／Al的制备及凝固特征

利用定向凝固装置,在固-液界面前沿温度梯度很高的条件下, 在生长速度R=6.0-20.0μm/s的范围内制得了定向规则排列的自生复合Al_(11)La_3/Al共晶材料、并测得在此凝固条件下处于极值状况生长的共晶体?/R=1.42×10~(-8)cm~3/s利用TEM对该共晶体的选区衍射表明:共晶两相的择优取向为[100]Al∥331Al_(11)La_3,惯态平面为:(002)Al∥(116)Al_(11)La_3Al_(11)La_3,相生长前沿的(103)晶面孪晶生长,导致Al_(11)La_3相分枝,从而调整共晶片层间距λ     

高温度梯度定向凝固镍基高温合金DZ125的组织演化

采用液态金属冷却(LMC)定向凝固结合液淬法,在温度梯度(G)为250 K/cm,凝固速率(V)为2-400 μm/s的条件下系统研究了镍基高温合金DZ125的固/液界面形态、胞/枝晶间距及MC碳化物形态.随着V的增大,界面形态经历了浅胞状→深胞状→粗枝晶→细枝晶的转变.一次胞晶间距随着V的增大而增大,当V=5 μm/...     

连续定向凝固技术研究

在自行设计的竖直热型连铸机上,进行了连续定向凝固实验和温度测定,对其中传热和凝固过程进行了数值模拟,考察了主要工艺参数对锡铸锭表面质量和内部组织的影响,以及固液界面形状的变化规律。结果表明:型温、拉速、冷却水量等工艺参数主要是通过影响固液界面的位置、形状来影响铸锭表面和内部质量的,在本实验条件下,型温在244~248℃、拉速在1.25~2.20×10-4m/s、冷却水量在252~377L/m2.s之间时,才能获得表面光亮,内部为完整定向凝固组织的铸坯;当铸型温度高于242℃,拉速在1.25×10-4~3.4×10-4m/s之间时,形成较平的固液界面,得到定向凝固的铸锭组织;获得了固液界面形状与主要工艺参数间的关系式。     

铌硅化物基超高温合金整体定向凝固组织和固/液界面形态演化

采用有坩埚整体定向凝固技术研究了铌硅化物基超高温合金在不同过热温度下的定向凝固组织和固/液界面形态演化.研究结果表明:在抽拉速率均为15μm/s的条件下,当过热温度为1950℃时,定向凝固组织由初生铌基固溶体(Nb_(ss))枝晶和耦合生长的花瓣状(Nb_(ss)+γ-(Nb,X)_5si_3)共晶组成;当过热温度为2000和2050℃时,凝固组织为耦合良好的花瓣状共晶;但随着过热温度进一步提高到2100和2150℃,凝固组织演变为粗大树枝状Nb_(ss)和细小共晶.随着过热温度的提高,固/液界面形态出现树枝状界面→胞状界面→树枝状界面的形貌变化.     

抽拉速率和过热温度对Zn-5%Al合金定向凝固界面的影响

采用Zn-5%Al合金,对不同抽拉速率和过热条件下的定向凝固界面进行研究。结果表明,当合金熔体的过热温度为450℃时,随着抽拉速率从1.1μm/s增加到11.1μm/s,液固界面呈现平面—细胞—胞枝变化,与一般的界面形态演化相符;当熔体的过热温度为610℃时,在相同的抽拉速率条件下,液固界面呈现平胞—平面—枝晶变化,不同于一般的界面形态演化。采用界面稳定性动力学理论分析了抽拉速率和过热温度对液固界面的影响,得出定向凝固界面稳定性变化,存在着若干个由抽拉速率和过热互相制约决定的分界点。     

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。     

噪声影响凝固微观组织的相场法模拟

采用kim模型,利用耦合溶质场的相场模型,对Al-Cu二元合金的定向凝固过程进行模拟,为了简化计算,采用了温度冻结近似.研究了扰动对固液界面的形态及微观组织演化的影响.结果表明,引入界面扰动,使得固液界面的稳定性受到破坏,界面形态由初始平面转变为胞晶,在胞状生长过程中竞争淘汰是主要的生长方式;随着扰动强度的增加,胞状晶粒细化,界面推进速度增加,界面前沿的溶质扩散层变薄,微观偏析程度减小,溶质截留现象严重.     

定向凝固Ti—43Al—3Si合金的组织演化规律Ⅰ.初始过渡区组织演化规律

对Ti-43Al-3Si(原子分数,%)合金在3-100μm/s的生长速度下进行了系统的定向凝固实验.研究了生长速度对固/液界面形态及初始过渡区组织演化规律的影响.合金在3-60μm/s的生长速度范围内均以胞晶形态生长,胞晶间距随着生长速度的增大而减小;当生长速度达到90μm/s时,开始出现枝晶生长.在定向凝固初始启动阶段,存在清晰的热过渡区,热过渡区内Ti5Si3相分布及过渡区组织与定向凝固区组织的关联性对于籽晶材料的引晶效果有重要影响.生长速度在10μm/s以内时,热过渡区内Ti5Si3相分布连续,且热过渡区组织与定向凝固区组织的关联性好,有利于该合金的引晶.     

二元Al－Li合金共晶复合材料的定向生长

研究了在定向凝固条件下，在亚共晶二元Ａｌ－Ｌｉ合金中获得共晶复合材料的晶体生长准则，并观察了组织形貌．结果表明，当６．５×１０~５Ｋ·ｓ·ｃｍ~（－２）≤Ｇ_Ｌ／Ｒ＜１１×１０~５Ｋ·ｓ·ｃｍ~（－２）时，晶体可以保持稳定的平面固－液界面生长，得到规则的共晶复合组织．二元Ａｌ－Ｌｉ合金共晶组织中β相（ＡｌＬｉ）为棒状形貌．     

高温合金电磁成形定向凝固柱状晶组织及形成条件

研究高温合金电磁成形定向凝固柱状晶组织及其形成条件的结果表明,①电磁成形中熔体下固/液界面处温度场近一维分布,获得了柱状晶组织;②电磁成形高温合金样件具有间断迹象的定向胞晶组织;③给定其他条件后,电磁成形过程中不同形状、尺寸的样件熔体平直固液界面开始出现下凹的临界凝固速率具有不同的特定值。在相同凝固速率条件下,大尺寸样件的固液界面更容易出现下凹。     

生长速度对Ti-45%Al包晶合金定向凝固组织的影响

通过电磁感应加热和液态金属冷却相结合的实验方法制备了Ti-45%Al(at%)包晶合金的定向凝固试样,并观察在不同生长速度下的微观组织和界面形态。结果发现,抽拉速度为10μm/s时,界面以胞晶形式生长,最终组织的α2 γ片层与生长方向垂直;抽拉速度为50μm/s时,观察到明显的枝晶生长界面,α2 γ片层与生长方向成45°夹角。低速下的胞状间距明显大于高速下的枝晶间距,说明快速凝固有利于减小枝晶间距。     

基于ProCAST的大尺寸空心定向叶片数值模拟

采用ProCAST软件研究了DZ409合金大尺寸空心定向叶片精密铸造过程的温度场,分析了固液界面前沿的变化,研究了定向凝固过程中浇注温度、型壳温度、拉晶速率对温度场、凝固参数、应力场的影响,并通过G（温度梯度）/R（凝固速率）分析优选工艺模拟凝固组织。结果显示,当浇注温度和模具温度均为1 560℃时,铸件不同位置的温度梯度与G/R值较大,有利于定向凝固柱状晶的生长。低拉晶速率可以获得较大的温度梯度、G/R值,有利于定向柱状晶粒生长。通过选择合适的浇注温度和拉晶速率,可显著改善叶身的晶粒取向。对模拟得到的较优工艺进行试验验证,发现晶粒取向与模拟结果一致。     

超强磁场定向凝固试验装置的研制

将强磁场与LMC定向凝固技术相结合,研制出了一套新型强磁场下定向凝固装置.该装置兼有快速液淬固定液固界面的功能,其主要性能指标为温度梯度GL=260℃/cm,最高温度1600℃,抽拉速度R=0.5～104μm/s,定向凝固在充H2或惰性气体保护气氛下进行.定向材料最大尺寸为φ10×150(mm).通过调整试样、加热温度及凝固速率,可满足各种不同要求的定向凝固试验.     

冶金硅定向凝固法制备太阳能级多晶硅及其微观组织与位错(英文)

以冶金硅为原料,探索采用具有高温度梯度的真空定向凝固技术制备低成本太阳能级多晶硅,并研究其在不同生长条件下的微观组织特征、晶界与晶粒大小、固液界面形貌以及位错结构。结果表明,当凝固速率低于60μm/s时,能获得具有高密度和良好取向的定向凝固多晶硅棒状试样,硅晶粒大小随凝固速率的增大而减小;在控制凝固过程,获得平的固液界面形貌是获得沿凝固方向排列柱状晶的关键;由于硅的小平面生长特性,微观组织中出现了位错生长台阶和孪晶结构;在晶粒中,位错分布呈现不均匀性,并且位错密度随凝固速率的增加而增加;在此基础上,讨论了多晶硅的生长行为以及位错形成机制。     

二元Al—Li合金共晶复合材料的定向生长

研究了在定向凝固条件下，在亚共晶二元Ａｌ－Ｌｉ合金中获得共晶复合材料的晶体生长准则，并观察了组织形貌。结果表明，当６．５×１０＾５Ｋ·ｓ·ｃｍ＾－２≤ＧＬ／Ｒ〈１１×１０＾５Ｋ·ｓ·ｃｍ＾－２时，晶体可以保持稳定的平面固－液界面生长，得到规则的共晶复合组织。二元Ａｌ－Ｌｉ合金共晶组织中β相（ＡｌＬｉ）为棒状形貌。     

定向凝固Ti-50Al合金组织演化及其片层取向控制

对Ti-50Al(原子分数,%)合金在较宽的生长速率范围内进行定向凝固实验,研究了生长速率对固/液界面形态、微观组织演化及片层结构形成的影响.发现合金在1-5μm/s的速率范围内均以α胞晶单相生长,最终形成全片层结构;当生长速率达到10μm/s时,在初始凝固的较长距离内为α胞品单相生长,随着凝固的进行,胞晶间溶质逐渐富集,晶间出现从液相析出的γ相,最终不能形成全片层结构;当生长速率大干15μm/s时,合金以α枝晶生长,枝晶间也出现γ相.对各生长速率下形成的片层结构取向的分析表明,片层结构取向与定向凝固启动界面处铸态品粒的取向的历史有关.根据上述规律,以Ti-50Al合金为籽晶和主体合金,选择确保α单相凝吲的生长速率8 μm/s,进行片层取向控制,最终扶得取向与生长方向一致的全片层结构.