Al-4%Cu凝固过程枝晶生长的数值模拟

改进了模拟枝晶生长常用的二维元胞自动机和有限差分(CA-FD)模型,新模型引入扰动函数来控制二、三次枝晶的生长;在枝晶生长过程中,将溶质浓度明确地分为液相溶质浓度和固相溶质浓度两部分;并在溶质再分配与扩散过程中采用八邻位差分以减少网格形状导致溶质扩散的各向异性。模拟了Al-4%Cu二元合金过冷熔体中,单个和多个等轴晶沿不同择优方向生长及单方向和多方向柱状树枝晶竞争生长过程中的枝晶形貌、液相溶质浓度和固相溶质浓度分布情况。模拟结果表明:扰动的引入能够促使枝晶产生分支,并控制二、三次枝晶的生长速率;液/固相溶质计算模型能够准确地模拟出枝晶生长过程中液/固相溶质分布;此外改进后的模型实现了枝晶沿任意方向的竞争生长。     

低碳钢焊缝中心凝固相组织的元胞自动机法模拟

基于元胞自动机法扩展了现有的焊接熔池凝固过程形核、生长及溶质扩散模拟模型,模拟了Fe-0.05%C二元合金焊接过程中枝晶的生长形态和结晶过程中溶质的分布及扩散过程。同时,以Fe-C二元相图为基点,根据溶质浓度不同相组织不同原理模拟计算了焊接熔池凝固后相组织的分布,建立了a+P和P+Fe3CⅡ两种组织比例值与溶质浓度、冷却速度和形核基底数等参数的数学模型。结果表明:模拟得到的低碳钢焊缝组织分布与试验结果相符;基于溶质浓度变化的相组织控制模型能预测实际低碳钢的焊后焊缝组织。溶质浓度、冷却速度和形核基底数对a+P和P+Fe3CⅡ两种组织比例的影响都较为明显,影响效果相对独立;回归分析得到的组织控制方程高度显著,为焊缝的组织控制提供了一定的数据支持。     

Fe-C二元合金凝固过程枝晶偏析的数值模拟研究

利用元胞自动机法对Fe-C二元合金过冷熔体中枝晶的生长过程进行了模拟,其中明确地将液相溶质浓度与固相溶质浓度区分开,并探讨了冷却速率、液相溶质扩散系数以及固相溶质扩散系数对枝晶偏析的影响规律。模拟结果表明:随着冷却速率的增大,固相中溶质浓度波动不断加剧,且枝晶偏析程度增大,但偏析程度的增大趋势逐渐减缓;当液相扩散系数变化时,液相溶质扩散系数越小,其微观偏析越严重,此外,固相中溶质的波动随液相扩散系数的增大而减小;当固相溶质扩散系数变化时,在枝晶中心附近,微观偏析程度基本保持一致,而在远离中心点的外围区域,微观偏析程度的波动十分明显。     

Al-7%Si凝固过程组织演变的元胞自动机方法模拟

为了能够准确地描述组织演变,应用连续性方法处理糊状区域不连续物理性质.同时为了更准确地描述每个单元的溶质成分,考虑了由于凝固过程中固相分数的变化引起的距离变化对溶质扩散的影响.在模拟过程中在糊状区域内引入随机扰动.最后利用元胞自动机方法进行性核与长大的模拟.应用这种方法模拟了一个Al-7%(质量分数)Si铸锭的凝固过程组织演变.模拟结果显示模型能够描述凝固过程中的组织演变以及晶间偏析的出现.     

Al-4％Cu合金定向凝固枝晶／胞晶转变速率的研究

通过实验和理论对比研究Al-4%(质量分数)Cu合金定向凝固胞晶/枝晶转变过程,得到胞晶/枝晶转变发生在尖端半径变化的拐点处。采用KGT模型与非平衡效应研究与胞晶/枝晶转变过程相对应的高速枝晶/胞晶转变特征。结果表明:尖端半径和界面温度均随抽拉速率的增加而减小,到达临界值后又急速增大。枝晶/胞晶转变发生在尖端半径和界面温度的拐点处,即在尖端半径和界面温度最小时发生转变;溶质截留在枝晶/胞晶转变过程中作用明显,大大减小了微观偏析。     

Ti-6Al-4V合金焊缝凝固组织控制及抗腐蚀机理的研究

首先深入研究了电子束扫描焊接对钛合金焊缝金属凝固组织细化的影响,发现模拟凝固前沿电子束扫描焊接才能细化焊缝凝固组织,提出了电子束扫描焊接细化凝固组织的机理。 其次,研究不同凝固组织的焊缝金属腐蚀性能发现,当电子束扫描频率为0～200Hz时,粗大柱状晶焊缝金属的阳极极化曲线中出现活化电流密度峰值,与母材的腐蚀电位差小于零,维钝电流密度显著高于母材,发生焊缝优先腐蚀。当电子束扫描频率为300Hz时,150μm等轴晶焊缝金属的阳极极化曲线与母材几乎重合,为焊缝和母材耐腐蚀的最佳匹配,由此提出焊缝与母材均等耐腐蚀的理论。当电子束扫描频率为400Hz时,100μm等轴晶焊缝金属的阳极极化曲线中未出现活化电流密度峰值,维钝电流密度低于母材,与母材的腐蚀电位差大于零,母材有优先腐蚀的倾向。 同时发现柱状晶微观组织中粗大的晶内组织及α相中均匀条形密排位错造成的应力场会加速均匀腐蚀,而亚稳β相分解成两相组织与点蚀有关,提出了钛合金焊缝金属均匀腐蚀和点蚀的机制。 最后得出焊缝金属凝固组织化学不均为性与母材化学不均匀性程度的差异,制约腐蚀反应的方向,是腐蚀发生的热力学判据,而焊缝金属凝固组织的化学不均匀性,是腐蚀反应的驱动力,为腐蚀反应的动力学判据。     

非均匀温度场Fe-0.06%C合金焊接接头凝固过程模拟分析

利用元胞自动机和有限差分(CA-FD)法,采用宏-微观两种尺度,将宏观温度场与微观枝晶生长过程耦合在一起,再现了Fe-0.06%C二元合金焊接熔池的凝固过程.同时,探讨了边界散热速率对焊接熔池中枝晶生长形貌及晶粒尺寸的影响;分析了形核基底数与枝晶生长间的关系;并用实验对模拟结果进行了验证.结果表明,在熔池凝固过程中,温度梯度沿散热边界向绝热边界方向不断减小,等温线弧度不断增大;熔池散热边界附近的液相中溶质浓度远远高于绝热边附近和模拟区域中心的液相溶质浓度;模拟区域内的温度梯度随着边界散热速率的增大而升高.此外,随着形核基底的增加,柱状晶数量基本不变;而等轴晶数量不断增多,分布范围逐渐扩大,但尺寸有所减小.模拟结果反映了焊接熔池的凝固过程,并与实验结果吻合,为实际焊接工艺的选取提供了一定的参考.     

热处理对Ti-6Al-2C合金中TiC枝晶形貌的影响

用熔铸法制备Ti-6Al-2C合金,采用XRD,SEM和EPM研究了合金的铸态组织及热处理对TiC枝晶形貌的影响。合金的铸态组织中枝晶状TiC,在1200℃保温并淬火时,随保温时间的延长,TiC枝晶逐步溶断为秃枝,最终成为8－20μm大小的粒状。从微区碳浓度平衡关系研究TiC枝晶的溶断过程,建立了首先从枝晶根部溶解的粒化模型,TiC的二次或三次枝晶根部表面的曲率大,对应基体中平衡碳浓度高,高温下碳的扩散破坏这种局部碳浓度的平衡,使大曲率处的TiC溶解,最终导致根部的溶断,成为粒状TiC。溶断过程的SEM研究证明了模型的正确性。     

Ti-6Al-4V合金熔体中各组元挥发趋势

在基于本课题组建立的熔体组元活度系数计算模型的基础上,计算了Ti-6Al-4V熔体中各组元的活度系数及其蒸气压,导出了判断熔体组元挥发趋势的相对挥发系数β,研究结果表明,在熔体温度低于2000K时,铝钛相对挥发系数β（Al：Ti）＞17,铝钒相对挥发系数β（Al：V）＞96,钛钒相对挥发系数β（Ti：V）＞15,即熔过程中组元挥发趋势从大到小依次为Al,Ti,V.这说明熔体成分变化主要是由于Al元素的挥发所致。     

增材制造Ti-6Al-4V合金组织调控研究现状

增材制造技术可实现复杂钛合金零件的快速成形,制造的Ti-6Al-4V合金具有较高的强度以及优异的高温性能,被广泛应用于航空、医疗等各大领域。综述了金属增材制造的典型工艺,分析了Ti-6Al-4V合金的相变特征,总结了选区激光熔化制造Ti-6Al-4V的力学性能和组织调控方法,着重分析了热处理温度、冷却速率、变质处理以及超声冲击等对合金组织的影响;展望了增材制造Ti-6Al-4V合金的主要发展方向。     

Thermomechanical Behavior of Ti-6Al-4V Alloy

Ti-6Al-4V, among the Ti alloys, is the most widely used. In the present work, the behavior of Ti-6Ak-4V alloy has beeninvestigated by the uniaxial hot isothermal compression tests and a series of dilatometric experiments were also carried out todetermine the transformation temperatures at different cooling rates. Specimens for hot compression tests were homogenizedat 1050℃ for 10 min and then quickly cooled to different straining temperatures from 1050 to 850℃. Cooling rates were chosenfast enough to prevent high temperature transformation during cooling. Compression tests were conducted at temperaturesfrom 1050 to 850℃ in steps of 50℃ at constant true strain rates of 10~(-3) or 10~(-2) s~(-1). The apparent activation energy forcompression in two-phase region was calculated 420 kJ·mol~(-1). Partial globularization of cr phase was observed in the specimendeformed at low strain rates and at temperatures near the transformation zone and annealed after deformation.     

TC4钛合金惯性摩擦焊焊缝微观组织形成的研究

利用光学显微镜、扫描电镜、薄膜透射电镜研究了惯性摩擦焊缝组织的形成。结果表明，焊缝组织沿径向有较大的变化。心部为细小的等轴组织，焊口为片状组织，从心部到焊口形成了Ｖ字形焊缝。     

Hydrogen Treatment of Cast Ti-6Al-4V Alloy

This paper presents the results of an investiga-tion of the effect of hydrogen treatment onmicrostructures and tensile and low cycle fatigueproperties of a Ti-6Al-4V cast alloy.The phasetransformation and the refining mechanism of thecast microstructure during the process of hydrogentreatment were studied.It was found that afterhydrogen treatment,the coarse Widmanstttenstructure of the as-cast Ti alloy was transformedinto a very fine and equiaxed α+β microstructurewithout any GBα phase.The tensile strength andductility and the low cycle fatigue life of thehydrogen treated specimens were significantly im-proved.     

Ti及Ti-6Al-4V的水基凝胶注模成形研究

将凝胶注模工艺应用于金属Ti及Ti-6Al-4V合金粉末的坯体成形,研究了高固相含量的Ti粉和Ti-6Al-4V合金粉末的料浆的制备.结果表明,用凝胶注模工艺制备出了固相含量为54ψ%的钛合金粉末料浆和形状复杂的坯体;粉末的颗粒形状是影响料浆固相含量的重要因素,球形粉末配制成的浆料固相含量最高,近球形次之,片状最低;分散剂柠檬酸铵也可以显著提高浆料的固相含量.     

Ti-6Al-4V合金的室温蠕变行为

研究了Ti-6Al-4V钛合金板材的室温蠕变行为及其对合金后续使用性能的影响.结果 表明:合金的宏观织构、应力水平以及预塑性应变都显著影响其室温蠕变行为.在加载方向上合金的<0001>峰值极密度越高,则其加工硬化指数越大、蠕变指数越小、室温蠕变性能越好.足够大的应力,是合金发生室温蠕变的必要条件.只有在蠕变应力不小于0...     

Ti-6Al-4V合金铸件拉伸性能差异原因分析

目的 研究Ti-6Al-4V合金两种不同结构铸件产品之间,拉伸性能存在着较大差异的原因。方法分别对同批次母合金浇注的两种熔模精密铸件进行化学成分分析、金相组织检查和拉伸试棒宏微观断口形貌观察。方法 分析发现,肋板和支承座铸件两者化学成分没有明显差异,断口表面未见明显冶金缺陷。金相组织检查表明：肋板的原始β晶粒尺寸和晶粒内部的α片层间距均,小于支承座的原始β晶粒尺寸和晶粒内部α片层间距。结论 分析结果表明,拉伸性能数据存在差异主要与其晶粒度和晶内片层间距差异有关,该组织差异主要由铸造工艺中不同的冷却速度引起的。通过改变取样位置,试样的拉伸强度可获得明显提高。     

Ti-6Al-4V钛合金等通道转角挤压的有限元模拟

运用有限元方法对Ti-6Al-4V钛合金等温等通道转角挤压过程进行了模拟,获得了摩擦因子、挤压角、过渡角等挤压参数对材料变形区的应变分布和挤压载荷的影响规律.结果表明:摩擦因子的增大引起局部应变集中,摩擦因子为0.5时,最大挤压载荷比零摩擦条件时提高了2.37倍;增大挤压角有利于获得均匀等效应变,减小挤压载荷,但同时减小了单次变形的应变量;减小过渡角可以扩大均匀应变区域,但过渡角过小会引起通道转角处的严重应变集中.     

TI-6Al-4V合金置氢-除氢组织与力学性能

为研究除氢处理对置氢钛合金组织与性能的影响,对Ti-6Al-4V合金在不同参数条件下进行了置氢与除氢处理,采用光学显微镜分析了置氢-除氢处理过程中Ti-6Al-4V合金微观组织的演化规律,通过室温拉伸试验研究了置氢-除氢处理后Ti-6Al-4V合金的力学性能,探讨了Ti-6Al-4V合金置氢-除氢组织与力学性能之间的相...     

Influence of Electrolytes on the Microstructure of Microarc Oxidation Coatings on Ti—6Al—4V Alloy

Dense ceramic oxide coatings of about 50μm may be prepared on Ti-6Al-4V alloy surface by alternating-current microarc oxidation in aluminate and silicate solutions, respectively.Their phase constituent and microstructure sere characterized using X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy(SEM). The results show that the electrolytic ions have incorporated into the interior of the coatings.The coating formed in aluminate solution is composed of the rutile TiO2 and TiAl2O5 phases rather than the rutile, anatase and amorphous SiO2 phases for the coating formed in silicate solution.However,TiAl2O5 content in the outer layer of the two coatings is much higher than in the inner layer.It is suggested that all these oxides may result from a rapid solidification of the molten coating in the microarc discharge zone.