复杂形状铸件凝固过程的数值模拟研究

形状复杂的铸件热节多，相互之间又有较大的影响，其凝固过程不易准确掌握，这就为铸造工艺设计带来困难。本文以２３Ｌ柴油机缸盖零件为例，利用凝固过程数值模拟技术对铸件的凝固过程，进行了研究，结果表明，这一技术可以观察到铸件中各个热节及整个铸件凝固过程能够解释生产中质量问题的原因。凝固过程数值模拟技术可使铸件的工艺设计更准确、更科学。     

GH4169G合金均匀化过程δ相的析出变化

在研究GH4169G合金 φ120 mm铸锭均匀化制度基础上,介绍了验证合金均匀化效果的三种方法.分析铸态组织后,将试样进行不同程度的均匀化处理.通过文献结合实验确定δ相验证制度为910℃×14h,AC.合金偏析严重时,δ相呈长针状分布在枝晶间,枝晶轴未析出区比例较大;合金均匀化改善时,枝晶间δ相析出面积增大,聚集程度降低,且针状相的长度减少过渡到棒状.均匀化程度更高时,枝晶轴基本上都有δ相析出,析出相呈棒状与粒状分布,主要差别在于枝晶轴/枝晶间析出量多少及部分区域聚集析出.完全均匀化,δ相呈粒状在晶粒内均匀析出,晶界仍有针状δ相析出.     

快速凝固过程中纯铜相结构转变的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了纯铜的凝固过程，考察了在不同冷却速度条件下纯铜相转变过程中的结构变化特点。原子间相互作用势采用ＥＡＭ势。结构分析采用键取向序和对分析技术。计算结果表明，ＥＡＭ势完全适用于处理较复杂的无序体系。液态的偶关联函数计算与实验结果符合的很好。非晶体转变点的计算值与其它理论方法得出的预测值十分接近。给出了液态、过冷、液态、非晶态和晶态转变时的微观结构信息。     

铸钢件凝固过程宏观相组织的数值计算研究

以铸钢凝固性能数据库和铸件温度场数据为基础,提出一种对凝固过程宏观相组织进行快速预测的计算模型,即根据微积分原理,将很多个较小温度区间所对应的相含量增量进行累加,近似得到凝固终止时刻以及凝固过程中各时刻的相含量值。计算了三通阀体铸钢件在凝固过程中的宏观相组织,得出奥氏体、铁素体、马氏体等不同相的含量及分布情况。结果表明,计算结果和理论分析基本吻合,从而证明了本文宏观相组织预测模型的可靠性。     

碳钢/Cu/碳钢系统轧制——扩散复合等温凝固过程的动力学模拟计算

采用厚度为50μm的纯铜箔作为中间层,在1 100 ℃下对低碳钢板进行了轧制—扩散复合,考察了塑性变形对界面结合强度和中间层厚度的影响.基于试验结果,系统地研究了碳钢/Cu/碳钢系统轧制—扩散复合中间层等温凝固过程的动力学,并建立了等温凝固时间模型.结果表明,一定的塑性变形可以有效缩短中间层液相全部完成等温凝固的时间.试验测量的等温凝固中间层厚度随时间的变化曲线与理论计算曲线衔接与吻合良好,中间层变化和液相区等温凝固过程互相协调,有助于提高界面结合强度.采用晶内扩散和晶界扩散共同作用下的有效扩散系数,可以精确预测中间层等温凝固时间.     

Mg-Gd合金凝固过程中枝晶生长的相场模拟

基于Karma定量相场模型对Mg-6Gd(wt%)合金等温凝固过程中单枝晶和多枝晶的生长规律进行了模拟。定量研究了相场参数和溶质偏析对凝固过程中枝晶演化的影响。结果表明,各向异性强度越小,单枝晶尖端的失稳现象越明显,极易生成二次枝晶臂。同时讨论了各向异性强度与枝晶尖端半径和移动速率之间的关系,其结果与微观可解理论吻合较好。空间步长过大会导致枝晶形貌的变异,过小则计算效率低,合理的范围在(0.2～0.8)W_0(W_0为界面厚度)内。多枝晶生长模拟结果表明,枝晶臂弯曲是由于多枝晶在等温条件下的竞争生长所致。同时,大量溶质在枝晶间富集和分离,抑制枝晶的生长。     

液态金属深过冷快速凝固过程中初生固相的重熔

深过冷液态金属(合金)凝固时伴随有显著的温度再辉,初生固相因此不可避免地部分被重熔,从而影响到最终凝固组织形态。近年来,过冷熔体中晶体生长理论模型不断完善,使得定量分析初生固相重熔程度随过冷度的变化规律成为可能,本文即对这方面的研究工作进展进行综述,并结合某些合金在不同过冷度下晶体生长行为及其凝固组织的实验结果,对典型非平衡凝固组织的形成机制进行阐述。     

多元合金两相区凝固过程的数值仿真研究

基于微观枝晶计算域内的溶质质量守恒关系,推导出适用于枝晶凝固方式的二元合金微观偏析半解析数学模型,并根据简单加合原理对模型进行了多元化扩展,应用扩展后的微观偏析模型,针对浇注钢种(视为Fe-C多元合金)的两相区凝固过程进行了数值仿真计算,通过仿真获得了连铸凝固传热计算中所需要的钢种的非平衡凝固路径及实际固相线温度.研究结果表明,所建立的多元合金两相区凝固计算微观偏析数学模型及其仿真程序,具有较好的合理性和广泛的适用性,可以方便地在连铸过程静态及动态仿真计算中加以耦合运用.     

碳钢渗氮过程中碳原子的迁移

对４５，Ｔ８，Ｔ１３钢试样进行气体渗氮。应用Ｘ－ｒａｙ，ＳＥＭ，ＴＥＭ研究了渗氮过程中碳原子的迁移，结果表明：由渗氮试样的碳浓度分布曲线可精确确定渗氮层深。并对碳迁移机制进行了初探。     

Waspaloy合金凝固过程中偏析和液体密度的变化

利用SEM和EDAX研究了Waspaloy合金不同温度下的凝固组织和合金元素的偏析并计算了液体的密度.结果表明,Waspaloy合金凝固时的偏析元素主要是Ti.随着温度的降低,Ti在液相中的含量从开始凝固时的2.90%上升至最高值8.91%,为正偏析元素;Cr和Co在晶干上富集,为负偏析元素.随着温度的降低和液相中Ti含量的升高,液析μ相的形态依次发生下面的变化:颗粒状→条片状→块状.液体密度计算结果显示,液体的密度随着温度的下降而下降.当温度降至1300℃以下时,液体密度稍有上升.研究发现,这和液相中富Ti的η相和碳化物析出有关.液体的最大密度反转为0.01406 g·cm-3/℃,较易形成宏观偏析黑斑.     

TiAl基合金凝固过程的相选择问题分析

以Ti46Al7Nb2.5Vl.0Cr、Ti47Al7Nb2.5V1.0Cr、Ti48Al7Nb2.5Vl.0Cr、Ti48Al2Cr2Nb、Ti46Al和Ti46Al8Nb等Ti Al基合金为研究对象,进行深过冷非平衡凝固实验,对其显微组织和相组成进行了研究。结果表明,不同Al含量,以及Cr、Nb和V等β相稳定元素对Ti Al基合金具有重要影响。     

Al-Li合金中δ′相沉淀过程原子图像的计算机模拟

利用微观Langevin方程对δ'用(Al3Li)沉淀过程的原子图像进行模拟研究．该方程不但能同时描述原子簇聚和有序化过程,将用分离和粗化在同一物理框架内考虑, 而且无须预先设定第二相结构,可观察到动力学演化过程中可能出现的瞬时相,模拟结果表明:对于Al-15Li(原子分数,%)合金,最初在无序基体中出现的L12相浓度与无序用相同,在L12相之间形成重位与阵界面;随后,L12相有序度进一步增加,重位点阵界面逐渐转变为L12结沟;最后形成被反相畴界分开的L12结构单相有序相,单相有序相一经形成,便开始分解,分解主要发生在反相畴界处,富Li区向平衡δ'相转化,贫Li区自发无序化,形成δ'相与无序基体共存的平衡结构,在沉淀过程后期,δ'相租化待证明显,大颗粒长大,小颗粒变小或消失,两相界面由不规则变为平直。     

Al-Li合金中δ''相沉淀过程原子图像的计算机模拟

利用微观Langevin方程对δ‘相（Al3Li)沉淀过程的原子图像进行模拟研究。该方程不但能同时描述原子簇聚和有序化过程。将相分离和粗化在同一物理框架内考虑,而且无须预先设定第二相结构，可观察到动力学演化过程中可能出现的瞬时相。模拟结果表明：对于Al-15Li(原子分数，％）合金，最初在无序基体中出现的L12相浓度与无序相相同，L12相之间形成重位点阵界面；随后，L12相有序度进一步增加。重点点阵界面逐渐转变为L12结构；最后形成被反相畴界分开的L12结构单相有序相。单相有序相一经形成，便开始分解，分解主要发生在反相畴界处，富Li区向平衡δ‘相转化，贫Li区自发无序化，形成δ‘相与无序基体共存的平衡结构。在沉淀过程后期。δ‘相粗化特征明显。大颗粒长大。小颗粒变小或消失。两相界面由不规则变为平直。     

凝固过程中铸件表面绘制的研究

为了更直观和准确地显示整个铸件各部位在凝固过程中各时刻的三维标量场物理量的数值模拟结果,设计了一种称之为表面绘制的显示技术,采用该技术来显示铸件各部位在凝固过程中各时刻的三维标量场,可以直观地观察铸件表面三维标量场物理量的分布情况,连技术已成功地应用于BUAA－CAST铸造过程仿真系统中,用于显示铸件整体的各物理量数据住处。     

旋转磁场对高硅铝合金凝固过程中相组织演变的影响

研究旋转磁场的励磁电流和旋转频率对高硅铝合金凝固组织的影响,并利用高速摄像机、SEM和EDS对高硅铝合金中硅相及其他金属间化合物形貌的演变进行分析。结果表明,旋转磁场可以抑制高硅铝合金的宏观偏析,细化初晶硅颗粒,形成类共晶组织;随着励磁电流和旋转频率的增大,初晶硅转变方式为长棒状-块状-大块块状团簇,共晶硅转变方式为长针状-蠕虫状-针状:旋转磁场还可以改善A1_2Cu相和A1-Si-Fe相的形貌,使其依附甚至包覆在Si相周围生长,抑制合金熔体中Si相的长大,有助于改善合金的力学性能。     

碳钢中ω-Fe相的发现及新进展

用具体事例[60Si2CrA(0.58C-1.60Si-1.1Cr-0.58Mn)弹簧钢产品的性能异常现象]解释了碳钢工程材料中的细节问题触发材料学家重构马氏体相变理论的缘由。同时介绍了碳钢中有关纳米ω-Fe相的发现历程,通过TEM对上述弹簧钢的研究而首先注意到碳钢中的ω-Fe相的存在,并由此引发对各种不同碳含量Fe-C合金系统的深入研究。最近的进展表明,淬火碳钢中ω-Fe相是普遍存在的一种亚稳金属相。淬火Fe-C合金马氏体板条结构的形成机制和在淬火超低碳Fe-C合金中的细碳化物都与ω-Fe相密不可分。在工程方面,碳钢中遇到的一些技术问题的理解则可能需要借助于新发现的ω-Fe相。     

离心铸造梯度功能材料凝固过程中第二相的迁移行为

金属液在离心铸造下将发生第二相质点的径向移动。本文分析了第二相质点的移动规律。     

Ni-Fe-Cr-Nb合金中δ相的电子衍射分析

根据电子衍射花样的矩阵分析和对有序结构δ相的结构振幅的分析计算,确认了Ni-Fe-Cr-Nb合金晶内魏氏体状δ相具有Kirman等人所指出的取向关系和形成机理,某些晶界胞状δ相不具有那种取向关系,而且具有不完全固定的某些取向关系,发现某些胞状δ相中的Ni,Nb原子可能不完全有序分布。     

Al-Zn-Li-Mg-Cu-Zr合金中δ′相的长大

研究了Al-Zn-Li-Mg-Cu-Zr合金在393K,433K和473K时效过程中δ′相的长大规律,发现当合金在393?K时效时,δ′相的长大符合LSW长大规律;当合金在433?K和473?K时效时,δ′相半径的3次方与时效时间符合抛物线关系,这与在此温度下沉淀析出X相有关.     

定向凝固制备镁单晶中杂质相的研究

采用自行设计的定向凝固装置制备了镁单晶,通过扫描电镜观察、能谱分析和软件统计分析,研究定向凝固工艺制备的镁单晶中杂质相的特性。结果表明,杂质相中含有多种元素,其主要成分是MgO,有球形、团簇形和块状。试样中MgO杂质相从下至上数量逐渐减少,尺寸逐渐增大,且镁组织中MgO平均直径在1μm以下。