凝固速率对IN718合金定向凝固组织和偏析行为的影响

采用LMC高梯度定向凝固和微观分析方法,研究了不同凝固速率下IN718合金的凝固组织和偏析行为。结果表明,随着凝固速率的提高,凝固界面由胞晶转为枝晶;一次胞/枝晶间距在凝固速率为20μm/s时提高到最大值257μm,随后逐渐降低,二次枝晶间距明显细化,溶质分配比也随凝固速率的增加而减小。同时,凝固速率增加使糊状区枝晶骨架的渗透性减小,增大了对液体流动的阻碍作用。     

亚快速定向凝固中枝胞转变的原位观测

通过对高纯ＣＢｒ４－Ｘ模拟合金亚快速定向凝固的原位观测，展示了枝晶向细胞晶转变的形态演化过程，发现枝晶通过尖端开裂使侧枝消失并伴随一次间距大幅度减小，转变过程中还出现尖端生长速度对抽速度度的明显偏离和尖端半径的变化；文中对尖端开裂的演化机制进行了理论分析。     

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。     

非稳态过程与凝固界面形态选择

以透明模型合金丁二腈－乙醇系为实验系统，直接观察其单相凝固过程中界面形态的非稳态演化过程，从三个方面：①平胞转变②胞枝转变③枝晶一次间距，系统地考察了凝固界面形态选择的时间相关性和历史相关性。结果表明：①导出了凝固初始过渡区溶质再分配的一个新公式；②提出了确定平界面稳定性临界条件的可测判据和实验方法；③从实验上和理论上解释了胞枝转变行为；④揭示了枝晶一次间距的历史相关性；⑤发现凝固形态选择的历史相     

胞晶／枝晶列生长理论模型

胞晶／枝晶生长问题是凝固领域的经典问题之一，引科学家半个多世纪的研究兴趣，然而，由于所涉及问题的复杂性，直到人们才开始逐渐认清这一问题的本质。综述胞晶／枝晶生长的演变过程，并将其发展过程划分为三个不同的阶段。着重介绍由Ｈｕｎｔ等近期开发的胞晶、枝晶生长数值模型；阐明该模型是目前能较成功地描述胞晶／枝晶生长过程的理论模型。     

温度梯度对Ti-45Al合金定向凝固组织演化影响的数值模拟

采用基于溶质扩散控制模型结合CA方法对Ti-45Al合金定向凝固过程中温度梯度对显微组织演化影响进行了数值模拟.模拟结果表明,随着温度梯度增加,凝固形态经历了树枝晶→胞/枝混合结构→粗胞晶→细胞晶→超细胞晶的转变,而一次胞/枝晶臂间距随着凝固组织变化不断减小.此外,温度梯度很高时,固液界面处溶质富集程度很小,界面处出现溶质截流.     

重力对镍基单晶高温合金枝晶生长和微观偏析的影响

使用长50 m的落管研究Ni-Cr-Al-W-Ta镍基单晶高温合金在重力(1g)和微重力(μg)条件下的凝固行为。用金相显微镜(OM)观察合金的凝固组织并用图像分析软件测量和统计一次和二次枝晶间距,使用扫描电镜能谱(SEM-EDS)测定不同位置枝晶干与枝晶间的化学成分并计算微观偏析系数。结果表明,在重力和微重力条件下这种合金的枝晶特征和合金元素的微观偏析明显不同。重力样品一次和二次枝晶间距比微重力样品的大,随着凝固距离的增大一次枝晶间距的差异变大,而二次枝晶间距的差距变化不大。随着凝固的进行,微重力样品枝晶间Ta、Cr和Al元素的含量呈现先明显升高后略微降低的趋势,W元素含量呈现逐渐下降的趋势,枝晶间液相的密度呈现略微降低的趋势。重力样品枝晶间Ta、Cr和Al元素含量的分布趋势与微重力样品基本相似,W元素含量的分布则与微重力样品明显不同,大部分凝固阶段呈上升趋势,使枝晶间液相的密度沿逆重力方向提高。上述结果表明,在重力条件下凝固前沿溶质密度差导致的对流作用微弱,不是造成枝晶间距增加的主要原因,主要原因应该与凝固前沿热对流造成的温度梯度的降低有关。     

温度梯度对定向凝固Al-4.5%Cu合金一次枝晶间距的影响

使用5kg坩埚下拉式定向凝固设备,对Al-4.5%Cu合金进行定向凝固试验,研究Al-4.5%Cu合金在不同温度梯度下一次枝晶间距的变化规律。结果表明:在其他凝固参数不变时,随着温度梯度的增大,一次枝晶逐渐变小,细密,挺直,基本呈平行状分布,同时计算的一次枝晶间距值与Hunt模型计算值接近,实验测得的一次枝晶间距的回归曲线为:y=2843478.3x2-70217.4x+543.8。用温度梯度较高的实验值来模拟时,可得到1λ=26.7G-0.5-135.9,一次枝晶间距λ1与G-0.5基本呈线性关系,这和Hunt模型分析结果一致。     

Ti-6Al-4V三元合金焊接熔池凝固组织模拟

将二元合金元胞自动机模型与热力学相平衡求解软件相结合,提出了一种三元合金元胞自动机模型.对模型的稳定性进行了验证,模拟了Ti-6Al-4V三元合金焊接熔池凝固过程中枝晶的生长形貌、溶质浓度的分布以及扰动振幅对枝晶生长的影响,并进行了金相实验验证.结果表明,模型稳定性良好,能够实现三元合金焊接熔池凝固过程的数值模拟;熔池中枝晶择优生长显著,且存在晶界偏析现象;Al元素与V元素在液相中的浓度分布规律大致相同;随着扰动振幅的增大,熔池中的枝晶数量逐渐增加,枝晶臂间距减小,竞争生长进一步加强;模拟结果与实验结果基本吻合.     

冷却过程对AZ61镁合金凝固组织的影响

将AZ61镁合金液态凝固过程分为高温熔体和凝固两个阶段,研究各阶段冷却速率对铸态组织的影响,不同冷速下铸态合金枝晶间距的变化及其对显微硬度的影响。结果表明:在高温熔体阶段随着冷却速率从0.65℃/s增加到15.9℃/s,枝晶组织不断细化且尺寸更均匀,一次枝晶间距从230μm逐渐减小到80μm,二次枝晶间距从12.8μm逐渐减小到9.2μm;凝固阶段在7.8℃/s至23.0℃/s不同冷却速率下,一次枝晶间距从105μm逐渐减小到73μm,二次枝晶间距从10.6μm逐渐减小到8.8μm。两个阶段显微硬度值随冷却速率增大都呈增高趋势。相对于凝固阶段,高温熔体阶段的冷却速率变化对铸态凝固组织的影响更显著。     

溶质对流对SCN-5%ETH模拟合金垂直向上生长的影响

采用实时观测装置和定向凝固系统研究了SCN-5%ETH(succinonitrile-wt%ethanol,wt%表示质量分数)模拟合金的垂直向上生长过程。实验结果与水平定向生长的SCN-5%ETH模拟合金的胞晶组织,枝晶组织以及枝晶间距比较发现,胞晶垂直向上生长引起的溶质对流减小了胞晶的尖端半径,使胞晶组织呈现尖端尖细的形态;枝晶垂直向上生长时,二次枝晶臂生长速度减小,枝晶一次间距和二次臂长度也减小,并且减小幅度随着界面推移速度的增大而减小,枝晶二次间距和水平定向生长时相比有较小幅度的增大。     

凝固速度对奥氏体不锈钢定向凝固组织及其固液界面稳定性的影响

本文研究了凝固速率对1Cr18Ni9Ti不锈钢定向凝固组织及其固液界面稳定性转变规律的影响.结果表明,在某特一定的温度梯度下,随着凝固速度的增加,定向凝固的固液界面由平面转变为胞状晶,再转变为树枝晶.研究发现,随着凝固速率的增大,定向凝固组织枝晶形貌逐渐细化,枝晶间距减小.     

凝固参数对ZA27合金二次枝晶间距及抗拉强度的影响

ZA27合金是近20年来发展起来的一种新型铸造有色合金,具有较好的力学性能,但是,由于其很宽的结晶温区,组织多为的树枝晶,导致力学性能下降.本文采用差热分析方法研究DTA曲线特征参数、凝固开始温度和冷却速率对二次枝晶间距ADAs的影响,同时使用IAS-4图像分析系统分析了合金的微观组织.结果表明:DTA曲线峰高与二次枝晶间距呈线性关系;二次枝晶间距与冷却速率符合指数关系.     

凝固参数对ZA27合金次枝晶间距及抗拉强度的影响

ZA27合金是近20年来发展起来的一种新型铸造有色合金,具有较发孤力学性能,但是,由于其很宽的结晶温区、组织多为的树枝晶、导致力学性能下降,本文要用差热分析方法研究DTA曲线特征参数、凝固开始温度和冷却速率对二次枝晶间距λDAS的影响,同时使用IAS－4图像分析系统分析了合金的微观组织,结果表明：DTA曲线峰高与二次枝晶间距线性关系;二次枝晶间距与冷却速率符合指数关系。     

枝晶生长的稳态理论新进展

本文从自由生长和强制生长两个方面着重评述了单相合金枝晶生长的稳态理论新进展。发现稳态理论近年来有两个重要的进展，一是比较好地解决了自由生长枝晶尖端的稳态扩散场问题；另一是理论分析和实验研究的结果都表明，强制生长枝晶一次间距选择一个较宽的容许范围，平均一次间距在这个范围内的具体取值与凝固系统所经历的历史明显相关     

AZ91镁合金的凝固冷却速度与二次枝晶间距的定量关系研究

通过设计制作一套可获得不同凝固冷却速度的镁合金熔炼与浇注装置,采用多通道连续温度记录仪,获得了对应不同凝固冷却速度下的AZ91镁合金试样.用定量金相分析之截线法测定了各个试样的二次枝晶间距,并对不同凝固冷却速度下的组织特征做了简要分析.用数学回归的方法得到了AZ91镁合金的凝固冷却速度与二次枝晶间距的定量关系式.     

双辊薄带连铸不锈钢铸带组织特征研究

采用酸浸实验、常规金相实验和能谱分析实验等方法,研究了304不锈钢快速凝固铸带的低倍组织、夹杂、枝晶形貌和奥氏体晶粒及表面裂纹情况,测量了铸带的凝固速度及奥氏体晶粒度.实验表明:试样没有明显的疏松和偏析,但存在分层现象;铸带中夹杂很少而且很小;铸带的奥氏体晶粒度都约在8级以下;铸带组织中细长柱状晶区的二次枝晶间距为8～11μm,短粗柱状晶区的二次枝晶间距为11～16.8μm.相对应的凝固速度分别为7.1×103K/s和2.4×103K/s;成分的变化可能是产生裂纹的原因之一.     

单晶高温合金激光表面快速凝固组织的研究

本文研究一种抗热腐蚀单晶镍基高温合金的激光表面快速凝固组织。结果表明:快速凝固组织为沿<001>方向择优生长、整齐排列的极细小的胞、枝晶组织;胞、枝晶间距随激光束移动速度的增加而显著减小;快速凝固完全消除了枝晶间γ/γ’共晶与显微疏松;在胞、枝晶间区域发现MC碳化物(TiC)呈各种形态极为特殊的花状。     

一次间距调整机理探讨

本文初步探讨了一次间距的调整机理,指出在胞晶及不发达枝晶生长时,“淹没”及“分枝”是一次间距的主要调整机理,对于发达枝晶生长,主要靠“分枝”机理调整。同时指出一次枝晶是在“生长—淹没—竞争再生长”的往复过程中生长的,竞争再生长的主要生长方式是“淹没—扰动分枝”     

电场作用下的枝晶间距

本文提出了在直流电场作用下一次枝晶间距Z_1和最初形成的二次枝晶间距Z_(20)的理论表达式,并在定向凝固条件下用Sn—12％Bi合金进行了实验验证。实验与理论得到了定性的吻合。对Z_1,理论值比实验值大一些,对Z_(20),理论值则比实验值小一些。分析表明,这是由于所选物性值不准确造成的。