强磁场下Zn-2 wt.%Cu合金定向凝固的初步研究

本文进行了10T强磁场下Zn-2wt.%Cu合金的定向凝固的初步研究.结果发现下拉速度较低时,无磁场时晶体以平界面方式生长,而施加磁场则产生带状组织,并且随着磁场的增加带状组织越来越明显,带状组织间距越来越小;当定向凝固速度较高,晶体以枝晶方式生长时,磁场促进枝晶的分枝,并扰乱枝晶规则生长;随定向凝固速度提高,磁场的作用逐渐减弱.     

横向静磁场对Cu-10%Ag合金定向凝固组织的影响

在有无横向静磁场条件下进行了Cu-10%Ag(质量分数)合金定向凝固实验,研究了横向磁场对Cu-10%Ag合金的宏观组织和微观组织及硬度的影响。发现无磁场条件下,合金晶粒较长,尺寸粗大,初生Cu枝晶臂直径和间距较粗大,取向较好,共晶组织粗大;1T横向磁场条件下,晶粒细化、增多,枝晶臂直径和间距较小,取向消失,共晶组织细化,硬度提高。通过对比有无横向磁场条件下初生Cu枝晶以及共晶组织变化,讨论了横向磁场对初生Cu枝晶及共晶组织的影响机理。     

定向凝固条件下Al-35%La过共晶合金的组织演变

在常规凝固条件下,Al-35%La过共晶合金可形成周期性双相枝晶组织,这种组织类似于带状组织,即其中枝晶的成分沿生长方向是周期性变化的。为了研究这种组织的形成条件,采用定向凝固技术研究了凝固速度对Al-35%La合金形貌特征的影响。结果表明:在不同凝固速度条件下,Al-35%La合金均形成周期性双相枝晶组织;同时发现:随着凝固速度的提高,初生相Al11La3呈现从周期性双相胞晶→周期性双相枝晶→周期性双相细胞晶的演变规律。在此基础上,讨论了这些组织形态的形成机理。     

自生复合Cu-0.8Cr合金定向凝固过程研究

研究了非平衡状态下Ｃｒ－０．８ｗｔ％Ｃｒ亚共晶合金的定向凝固过程。结果表明,当温度梯度为３０℃／ｃｍ,生长速度分别为３μｍ／ｓ和３０μｍ／ｓ时,Ｃｕ－０．８ｗｔ％Ｃｒ合金的非平衡凝固组织;当温度梯度为３０℃／ｃｍ时,α枝晶一次间距随生长速度的增大而增大,这与枝晶一次间跨的Ｈｕｎｔ模型在低束祺段的规律一致,而与Ｋ－Ｐ模型的规律相反;Ｃｒ纤维的形成主要与液态Ｃｒ表面张力,Ｃｒ原子在液相中横向扩散能力及     

不同定向凝固速率下Cu-2.5％Cr合金中带状组织的形成机理

利用OM、SEM和EDS研究了定向凝固速度对Cu-2. 5%Cr合金中带状组织形貌和成分偏析的影响,并对不同形态的带状组织的形成机制进行了分析。结果表明:在5～50μm/s的定向凝固速率下,Cu-2. 5%Cr合金会产生平界面与共晶、胞状组织与共晶、柱状树枝晶与共晶三种不同形态的带状组织。这是由于凝固速率达到了平/胞转换临界速率以及胞/枝转换临界速率。带状组织的形成伴随着大量的溶质扩散与偏析,随着定向凝固速率的增大,带状组织中成分偏析增大,且带状组织愈加清晰。     

Nb基超高温合金的制备技术及定向凝固组织

Nb基超高温合金的制备技术主要包括粉末冶金、真空电弧熔炼和定向凝固等，其中定向凝固可以显著提高该合金的高低温力学性能。Nb基超高温合金的定向凝固组织主要由沿着定向凝固方向生长的初生Nbss枝晶、铌硅化物块或板条以及（Nbss＋铌硅化物）共晶等组成，定向凝固速率和固液界面前沿液相中的温度梯度会显著影响其组织形貌及尺寸。在其定向生长过程中，Nbss、铌硅化物及（Nbss＋铌硅化物）共晶各相之间竞争生长，形成不同的组织形貌及尺寸，但在合适的条件下，共晶两相可以实现平行耦合生长。     

高温合金定向凝固技术研究进展

首先回顾了定向凝固的发展历史,重点分析了液态金属冷却定向凝固的技术特点。总结了高温度梯度下制备的定向凝固法单晶高温合金在组织和性能方面的研究现状,结合作者在本领域的研究,着重分析了定向凝固温度梯度、凝固速率、晶体取向、熔体超温处理、熔体对流控制对组织和性能的作用规律和机制,认为高温度梯度定向凝固是细化组织、减少缺陷、提高合金性能的重要途径。最后展望了高温合金定向凝固的发展趋势。     

Fe-C-Cr合金定向凝固组织

对经定向凝固的共晶 Fe—2.94％C—29.1％Cr 合金及过共晶 Fe—3.12％C—35.9％Cr、Fe—2.80％C—33.1％Cr 合金的凝固组织作了研究。上述三种合金中的初晶及共晶碳化物均为(Fe,Cr)_7C_3它们都以小面状析出,其中初晶在与凝固方向垂直的截面上为六角形块。初晶碳化物在定向凝固时以六角形状进行包抄式的凝固,然后再从六角形壳向内凝固,最终生成完整六角形。随着凝固速度变小,初晶(Fe,Cr)_7C_3的截面尺寸及间距增大,且从实心的六角形棒变成空心的六角形棒。过共晶合金的液固两相区长度约为1.5mm。共晶合金凝固时,碳化物的形貌为不规则多边形棒,且在凝固速度大时,组织细小。上述三种合金,当凝固速度 R>2m/sec 时,液固界面将变得凹凸不平。     

Nd-Fe-B包晶合金定向凝固组织的研究

利用亚快速定向凝固设备制备Nd-Fe-B合金,并研究了其定向凝固组织.设计合金成分为:亚包晶成分(Nd10.8Fe83.8B5.4)、包晶成分(Nd11.76Fe82.36B5.88)和过包晶成分(Nd13.5Fe79.75B6.75).对抽拉速率在5～500μm/s范围内合金的定向凝固及微观组织的研究表明:三种成分Nd-Fe-B合金的最终凝固组织均由α-Fe枝晶相、包晶Nd2Fe14B相和富Nd相组成;随着抽拉速率的提高,α-Fe相的一次枝晶间距呈减小的趋势;三种成分凝固组织中的α-Fe相的体积分数随着抽拉速率的提高都表现出了先减后增的趋势,而Nd2Fe14B相的体积分数都表现出了先增后减的趋势.     

新型抗燃气腐蚀长寿定向凝固合金显微组织对机械性能的影响

新研制的抗燃气腐蚀长寿命定向凝固合金的机械性能与Ｒｅｎｅ８０，ＩＮ－３７８（Ｍ３８），ＤＳ－Ｒｅｎｅ８０等合金进行了比较，从成分，γ′相碳化物，硼化物，晶粒结构，偏析及缺陷等方面阐述了显微镜组织对机械性能的影响。     

强磁场对Al-18Si合金凝固组织的影响及其机理研究

研究了过共晶Al-18Si合金在稳恒强磁场中的凝固行为.实验表明,在稳恒强磁场作用下,过共晶Al-18Si合金中的初生Si发生显著偏聚.为解释初生Si的偏聚机理,建立了相应的量子理论模型.模型认为:初生Si在Al-18Si合金中的偏聚是由于部分Si原子在磁场中获得附加能后,沿磁场方向做旋进运动所致.Si原子在10T磁场中获得的附加能为1.854×10-22J.     

定向凝固微观组织相场法模拟的研究进展

定向凝固过程中的界面形态对凝固组织有着决定性作用,相场法可以很好地展示凝固过程固液界面形态的演变。阐述了定向凝固相场方法数值模拟的基本原理及国内外研究现状,并指出了该领域目前面临的问题及未来发展趋势。     

凝固速率对Si-Ta合金固液界面稳定性的影响

以Si-Ta合金为研究对象,采用零功率法研究凝固速率对定向凝固固液界面稳定性的影响。结果表明:当凝固速率在0.3～9.0mm/min范围内,随着凝固速率的增大,固液界面经历了平界面→浅胞状界面→锯齿状界面→浅胞状界面→平界面的演化规律。在较低的凝固速率范围之内,实验结果与理论计算基本吻合。然而,在较高凝固速率时,实验结果与理论计算出现偏差,这是由于热力学和动力学均发生变化,使得在凝固速率V=5.0mm/min时固液界面就已经达到了稳定的平界面。     

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。     

高温合金定向凝固过程中枝晶生长与溶质对流数值模拟

目的 针对高温合金叶片在定向凝固过程中容易出现雀斑缺陷,从而导致叶片报废的问题,对定向凝固枝晶生长与溶质对流进行模拟研究,以揭示雀斑缺陷的形成规律。方法 针对CM247LC合金定向凝固过程,采用相场模型模拟凝固过程枝晶生长,采用格子Boltzmann模型模拟溶质浓度差引起的自然对流。采用基于双重网格的GPU并行算法对相场-格子Boltzmann模型进行数值求解。研究在不同晶体取向角度与取向差条件下的枝晶形貌、对流速度及溶质羽流的演变规律。结果 当晶体取向角度不同时,在枝晶生长过程中,液相区域的平均对流速度均表现为周期性变化。当晶体取向角度较大时,随着晶体取向角度的变大,一次枝晶臂间距变大。当枝晶间存在晶体取向差时,溶质羽流倾向于在发散型晶界附近发起;随着晶体取向差的增大,溶质羽流发起时间提前。溶质羽流的形成阻碍了枝晶尖端及附近枝晶侧臂的生长。结论 晶体取向角度对溶质羽流形成的影响较小,较大的晶体取向差对溶质羽流的形成有促进作用。     

Co-Si金属间化合物深过冷快速凝固及组织演化机理研究

目的 探究Co-Si金属间化合物在深过冷条件下产生的再辉现象及对应组织的演化阶段,并分析其形成机理。方法 为获得深过冷,结合了两种热力学方法：循环过热法及熔融玻璃净化法,实现了Co2Si金属间化合物（Co-33at%Si）、CoSi金属间化合物（Co-50at%Si）的深过冷快速凝固,并通过光学显微镜、扫描电子显微镜和XRD进行分析。结果 发现Co-33at%Si金属间化合物凝固过程中存在两次再辉现象,晶粒尺寸随着过冷度的增加而减小,ΔT=190 K时,二次枝晶间距大约为0.5 μm,层片间距为0.289 μm,而Co-50at%Si金属间化合物凝固过程仅有一次再辉现象,且随过冷度增加,晶粒尺寸减小。ΔT<50 K时,微观组织形貌为树枝晶;ΔT>90 K时,微观组织形貌为细小等轴晶。结论 Co-33at%Si中一次再辉对应于初始枝晶形成及细化过程,二次再辉对应于晶粒间残余液相二次凝固,即晶间细小树枝状共晶的形成。而Co-50at%Si中唯一一次再辉现象则对应枝晶向等轴晶的转变。     

Effects of High Magnetic Field on Solidification and Corrosion Behaviors of Magnesium Alloy

The solidification behaviors of AZ61 magnesium alloy under a high magnetic field were studied. The corrosion property of AZ61 alloy was investigated in a solution of 3.5 mol/L NaCI by measuring electrochemical p.olarization. The results show that the high magnetic field can refine microstructure and benefit aluminum transfer. The crystal of α-Mg is induced to orient with their c-axis parallel to the magnetic field. The corrosion studies indicate that different crystal plane of magnesium has different corrosion property. The passivating films on the α- and b-planes have higher corrosion resistance than that on the c-plane. Aligned structure affects the corrosion property of AZ61 magnesium alloy.