偏晶合金微观组织模拟的研究进展

综述了国内外近年来对偏晶合金凝固过程微观组织模拟的研究进展,重点介绍了模拟研究中采用的计算方法及其计算结果,探讨了各种计算方法模拟微观组织演变的优点和局限性,最后指出了该领域目前所面临的问题,并展望了偏晶合金微观组织模拟的发展趋势。     

偏晶合金凝固制备方法的研究进展

偏晶系合金具有独特的物理和力学性能,是一类具有重要工业应用前景的合金,长期以来受到了广泛关注.系统介绍了偏晶合金的各种凝固制备方法和研究手段,总结了近期国内外在这一领域的研究新进展,着重介绍了强磁场下均质偏晶合金的制备技术,展望了利用强物理场制备大体积均质偏晶合金的前景,并指出了今后的研究方向.     

深过冷Cu-Pb偏晶合金的快速凝固行为和凝固组织

用熔融玻璃净化与循环过热相结合的方法,研究了亚偏晶Cu-25%Pb合金,Cu-37.4%Pb偏晶合金和过偏晶Cu-40%Pb(质量分数)合金过冷熔体凝固行为和凝固组织的演化规律,以及Cu-37.4%Pb偏晶合金的过冷度对磨损率的影响.研究表明:在过冷亚偏晶Cu 25%Pb合金熔体凝固过程中先形成α(Cu)初生相,随着过冷度的增大,凝固组织经历粗大枝晶重熔形成的细化枝晶向准球状晶粒演化的过程;在过冷Cu-37.4%Pb偏晶合金熔体凝固过程中初生相为L2相,当过冷度在20～150 K区间时,得到第二相S(Pb)弥散在α(Cu)枝晶间的凝固组织,并且在该过冷区间内随着过冷度的增加,材料的磨损率也逐渐降低;在过冷过偏晶Cu-40%Pb合金熔体凝固过程中初生相为L2相,在过冷度区间42～80 K时,得到以偏晶胞形式分布的凝固组织.     

有无重力作用下Al-Bi偏晶合金凝固过程的模拟研究

基于二元Al-Bi偏晶合金难混溶区间凝固过程的液-液相分解及分离机制,采用欧拉法求解该合金显微组织演化的数学模型。该模型考虑了实际凝固过程中导致第二相宏观偏析的诸多复杂因素,包括形核、扩散长大、Stokes运动、Marangoni运动及重力沉降的影响。模拟结果表明,无重力条件下Marangoni力驱动L2相小液滴向中心高温区迁移,而重力条件下却呈现轴对称环流运动形式;随着冷却过程的进行,L2相在重力作用下发生沉降聚积,铸件底部L2相体积分数和液滴直径增加显著;与重力条件相比,无重力条件更有利于晶核的形成。     

微重力条件下偏晶合金的研究进展

介绍了重力对偏晶合金凝固过程的影响,综述了微重力环境下偏晶合金凝固研究中的新进展,总结了不同磁场模拟微重力环境下的实验研究成果,探讨了不同微重力条件制备偏晶合金的特点,指出了利用磁场制备偏晶合金的发展前景,最后提出了微重力条件下偏晶合金今后研究的方向和途径。     

过冷过偏晶Cu-40wt%Pb合金凝固组织的演化

用熔融玻璃净化与循环过热相结合的方法,研究了Cu-40wt%Pb过偏晶合金过冷熔体凝固组织的演化规律.在过冷度40～296K的范围内,其凝固组织的形态有3次变化过程:第1次是在40～75K过冷度范围,经过液-液分离和偏晶反应形成了偏晶胞组织;第2次发生在75～196K过冷度范围,因枝晶熟化被抑制,由粗大的枝晶重熔形成的粒状晶转变为高度细化的细枝晶;第3次发生在196～296K过冷度区间,组织因细枝晶再结晶转变为均匀的准球状晶粒.     

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。     

单辊淬冷Cu─Pb亚偏晶合金的凝固组织特性

应用单辊方法，研究了Ｃｕ－Ｐｂ亚偏晶合金的快凝特性，发现其中存在两类性态的组织：等轴晶与共生。对于等轴晶，Ｐｂ的偏析模式得以显著细化，对于共生，其成分范围向亚偏晶端延伸，近偏晶共生质量明显改善，并首次观察到高度规整的放射状共生。进而从传质平衡角度，建立了偏晶共生的控制方程。     

过偏晶Cu-40wt%Pb合金的均质化凝固

利用电磁模拟微重力和深过冷的方法,对过偏晶Cu-40wt%Pb合金的凝固组织进行了研究.比较了通过上述方法得到的凝固组织与常规凝固条件下的凝固组织,结果表明:采用电磁模拟微重力方法的凝固过程中没有出现Stocks沉积效应,得到的凝固组织中Pb颗粒均匀地分布在Cu基体上;而采用深过冷方法获得的凝固组织中,过冷度在40～80K区间内Pb以纤维和颗粒的形式均匀分布在Cu基体上,并随过冷度的增加其分布的不均匀性亦增加.当过冷度超过80K时,第二相的重力沉积明显增加,并随过冷度的增加凝固组织中出现了与常规条件凝固一样的分层现象.     

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。     

Al-Cu合金时效组织演化的数值模拟

介绍了了种基于卡恩－希利 阿德方程（CHE）的动力学模型,该模型给经典CHE中加入影响沉淀相形貌的各向异性弹性应变能,通过CALPHAD方法获得热力学数据以保证模拟真实过程,可用于模拟Al-Cu合金的调幅分解和非匀相时效,后者须假定晶核先存在,因模型不包括成核机制。     

铝合金热轧过程中显微组织演变的模拟研究

综述锃合金热轧过程中显微组织演变实验模拟和数值模拟的研究现状。目前研究的重点内容是进一步开发利用各种先进的热变形实验模拟设备和技术，揭示材料在热和力作用下所产生的各种物理冶金学现象；建立定量的力学、物理冶金学模型；利用计算机技术对铝合金热轧过程中显微组织演变进行定量模拟，以便最后在生产实际中直接合理地控制热轧工艺和提高产品质量。     

快速凝固条件下Ni–Pb偏晶合金的组织演变机理研究

目的 研究过冷Ni–0.5%Pb(原子数分数)合金过冷组织的演化行为,阐明其组织演化和晶粒细化的基本机制。方法 采用熔融玻璃净化和循环过热方法制备出过冷度为0~255 K的试样,并结合枝晶生长的动力学–热力学模型,研究其深过冷快速凝固行为机制。结果 在0~255 K过冷度范围内,随着过冷度的增大,Ni–Pb偏晶合金的微观组织发生了2类晶粒细化现象,组织形态由粗大树枝晶向粒状等轴晶转变。结论 第1类粒状晶的形成是由于枝晶熟化和再辉重熔导致发达枝晶破碎,第2类粒状晶的形成是由于在应力和应变能的作用下,枝晶碎变和再结晶引起了晶粒细化。     

新型磁驱动形状记忆合金研究进展

磁驱动形状记忆合金是一种新型功能材料,由于兼具大的输出应变和高响应频率等综合特性,成为智能材料领域的研究热点之一.本研究首先总结了Ni-Mn-Ga合金在相变和磁致应变性能方面的特点,然后着重介绍了Co-Ni-Ga和Ni-Fe-Ga两类新型磁驱动记忆合金在结构、相变、形状记忆效应、磁性能等方面的研究进展,并对其中存在的问题进行了讨论.     

磁场辅助电弧焊接旋转等离子体行为的数值模拟

目的 研究外加纵向磁场对倾斜电极TIG焊接的电弧温度分布、流动模式和工件所受热力作用的影响.方法 建立磁场-电弧复合焊接热、电、磁、流动的三维数学模型.通过数值模拟和高速摄像实验,揭示倾斜电极电弧在外加磁场作用下的流动、形貌及温度演化机制.结果 外加纵向磁场后,电弧流动速度明显增加,流动模式由沿电极方向喷射变为近似沿竖直方向旋转向下的流动模式;电弧对工件的热作用均匀性提高,热作用中心向电极正下方靠近,但在焊接横向方向上存在偏离;工件受到表面的电弧旋转拖拽力和内部的旋转洛伦兹力作用,最大洛伦兹力可达50000 N/m3.结论 基于所建立数学模型的模拟结果与实验电弧形貌吻合良好,结果表明,外加纵向磁场能够显著改变电弧的形态及流动模式,提高电弧热流密度的均匀性,并能够对熔池产生有效的搅拌作用.     

Microstructure Evolution of Cu-Pb Monotectic Alloys Processed in Drop Tube

Rapid solidification of Cu-Pb monotectic alloys has been accomplished during free fall in a 3m drop tube.Both macrosegregated and uniformly dispersed structures are observed in Cu-40wt pct Pb alloy droplets,whereas droplets of composition Cu-64wt pct Pb exhibit only macrosegregation morphologies.The microstructures are strongly dependent on droplet size.The higher undercooling tends to facilitate liquid phase separation and results in more extensive macrosegregation in smaller droplets.There exists a pronounced tendency for the Pb-rich liquid to occupy the surface of the droplets of both compositions,resulting from the quite lower surface tension of the Pb-rich phase and cauing a Pb-rich layer at the surface of the solidified droplet.The nucleation of monotectic cells in the Cu-40 wt pct Pb droplets with dispersed structures preferentially occurs at the droplet surface.A single nucleation event takes place more frequently as droplet size is reduced.     

空心管坯电磁离心过程的数值模拟

用有限元法模拟了铸造合金的流动和热量传输过程中瞬态速度场和温度场的分布,研究了电磁场强度和离心机转速对电磁铸造空心管坯的影响.结果表明,电磁搅拌引起的熔体相对运动是凝固过程中晶粒细化的主要原因.最优的电磁搅拌条件:转速1200 r/min,磁场强度为0.08 T,磁场持续加载25 s.在一定的转速和磁场强度条件下电磁离心铸造的温度场和凝固时的温度梯度对凝固组织有重要的的影响.合金液的外层,温度梯度达到最大值,铸件的温度下降得快,容易形成细小的等轴晶.