Fe-5Mn-2Al-0.15C中锰钢连铸凝固偏析及粒子析出行为

为研究Fe-Mn-Al-C系中锰钢连铸凝固偏析及粒子析出特性,采用光学显微镜观察Fe-5Mn-2Al-0.15C中锰钢的显微组织,并通过Thermo-Calc热力学软件研究了其凝固模式、溶质元素偏析及粒子析出行为。结果表明,该中锰钢铸锭的显微组织主要为板条状马氏体,且含有少量铁素体;其凝固模式为L→L+δ→L+δ+γ→δ+γ→γ;Al元素的平衡分配系数大于1,发生负偏析,偏聚到δ-铁素体枝晶内部;而Mn、Nb、V、S等溶质元素发生正偏析,均偏聚到枝晶间。AlN主要在枝晶内析出,其析出温度为1 448 ℃;MnS、Nb和V的富集物主要在枝晶间析出,且MnS和Nb的富集物均在1 400 ℃以上开始析出,而V的富集物的析出温度为760 ℃。     

取向硅钢连铸过程的凝固偏析模型计算

以Clyne-Kurz方程为基础建立了取向硅钢连铸过程的微观偏析模型,研究了取向硅钢连铸凝固过程中溶质元素在液相中的偏析规律。通过比较连铸凝固过程中锰和硫实际活度积和平衡活度积的关系,确定了MnS的析出条件。结果表明:二次枝晶间距随着冷却速率的增加而减小,柱状晶区域二次枝晶间距为191.3μm,元素的分配系数越小,其偏析程度越大,并且溶质偏析程度随着固相率的增加而增大,当凝固分数达到0.997时,MnS开始析出。     

IN100高温合金粉末在加热过程中的相转变和原始颗粒边界问题

本文对三种不同含碳量的IN100粉末高温合金进行了研究。指出氩气雾化粉末是“糊状凝固”的十多个枝晶构成的球体。粉末晶粒度和粒度在一定温度范围内存在指数关系。粉末枝晶间和表面存在凝固偏析。粉末在加热过程中存在 MC+γ→M_(23)C_6+γ′碳化物转变。加热过程促进了Ti、Cr,Mo,Al元素在晶界和表面的偏聚,这种偏聚和富Mo的一次MC相的溶解是造成PPB沉淀的主要原因。采用1100℃预热等静压抑制溶质元素表面偏析和富Mo一次MC相的溶解可以改善压件PPB的结构和性能。     

镍基高温合金GH4738的凝固偏析和碳化物析出行为

高温合金铸锭凝固过程内部各区域散热条件不同,冷却速率存在明显差异。采用差示扫描量热分析(DSC)、高温共聚焦显微镜(HT-CLSM)原位观察和定向凝固(DS)的方法,研究了宽冷速范围下GH4738合金的凝固偏析和碳化物析出行为。结果表明, GH4738合金的凝固顺序为L→γ+L,L→γ+L+MC,L→γ+MC+η+(γ+γ′),其中MC型碳化物、η相和(γ+γ′)共晶相为合金凝固过程中的主要偏析产物;Ti、Mo元素是合金的主要枝晶间偏析元素;提高冷却速率能有效降低凝固前沿残余液相中的溶质富集程度;铸态组织中的的碳化物主要为富Ti的MC型碳化物(TiC、Ti(N)C)和以TiN或Al₂O₃为核心的MC型复合碳化物(Al₂O₃-TiC、TiN-TiC);随着冷却速率降低,碳化物平均尺寸增大,体积分数减小,形貌由小块状向长条状、汉字状和大块状演变。     

镍基高温合金GH4151的偏析及相析出行为

摘要：利用电子探针(EPMA)、场发射扫描电镜（SEM）及差热分析（DTA）研究了GH4151合金的元素偏析行为、铸态组织特征以及析出相种类,并对合金凝固过程进行讨论。结果表明：GH4151合金凝固过程中,W元素偏聚于枝晶干,Mo、Nb、Ti元素偏聚于枝晶间,Co、Cr、Al元素几乎不发生偏析,Nb、Ti元素偏析较重。GH4151铸锭心部为粗大的等轴晶,主要析出相包括强化相γ′相、一次碳化物、η相、（γ+γ′）共晶相以及Laves相,其中枝晶间分布的η相、（γ+γ′）共晶相和Laves相为低温脆性相在凝固末期形成,扩大了合金的凝固区间,从而导致合金热裂敏感性增加。     

冷却速率对δ-TRIP钢包晶相变的影响

在钢的凝固过程中冷却速率对钢的相变具有不可忽视的影响。本研究采用Thermo-calc热力学软件,模拟计算了含Al 3.52%（质量分数）的δ铁素体相变诱导塑性（δ-TRIP）钢的相转变过程,并分别使用差示扫描量热法（DSC)和Ohnaka微观偏析模型,分析了不同冷却速率对3.52%Al δ-TRIP钢凝固过程中的包晶相变温度,以及溶质元素偏析的影响。结果表明,冷却速率越小,DSC试验所得的相变温度越接近Thermo-calc计算的热力学平衡值。随着冷却速率从10、30增加到50 ℃·min–1,L→L+δ的转变温度降低,L+δ→L+δ+γ和L+δ+γ→δ+γ的转变温度先降低后升高,前者主要受过冷度的影响,后者主要受元素偏析的影响。冷却速率对C、Mn、S的偏析影响很小,对Si、P、Al的偏析影响较大,并且随着冷却速率的增加,Si、P、Al偏析程度增加。Si和P的偏析会小幅度延缓包晶反应的进程;Al对改变包晶反应进程作用明显,随着冷却速率的增加,包晶反应区域逐渐下移,且下移趋势渐缓。      

UNS N10276合金电渣重熔凝固组织及成分偏析研究

研究了UNS N10276合金大规格电渣重熔锭铸态组织、合金元素偏析行为以及合金中析出相的析出规律,并结合热力学计算系统分析了电渣重熔凝固组织及偏析的形成原因。研究结果表明,UNS N10276合金电渣锭具有典型枝晶组织,电渣锭头部的二次枝晶间距明显大于尾部。合金在凝固过程中,Mo、Mn、Si、C等元素富集于枝晶间,属于正偏析元素;Fe、W、Cr等元素富集于枝晶干,属于负偏析元素。Mo是偏析最严重的元素且在电渣锭头部偏析量最大。UNS N10276合金电渣锭中的主要析出相为枝晶间和沿晶界分布的大尺寸μ相和M6C碳化物相。Mo元素是析出相主要形成元素,且在电渣锭头部析出数量多,析出相尺寸大。因此,为改善UNS N10276合金冶金质量及其热加工性能,在成分设计和实际生产中应尽量减少Mo元素偏析,并尽可能地减少其析出相的形成。     

钢凝固过程中二次枝晶间溶质分布的模型研究

对凝固过程中二次枝晶间溶质质量分数分布进行了模型研究，该模型考虑了包晶反应的影响以及固相中溶质的扩散，讨论了钢中w（C）以及冷却速度对枝晶间溶质质量分数分布的影响。计算结果表明，枝晶间Mn、P的偏析较严重，随着w（C）的增加，枝晶间Mn、P的偏析加剧，随着冷却速度的降低，枝晶间P的偏析降低。     

新型铸&锻GH4198合金组织特征及偏析行为

采用真空感应+电渣重熔连续定向凝固双联工艺制备新型铸锻GH4198合金定向凝固铸锭。利用场发射扫描电镜(FESEM)、能谱(EDS)、电子探针(EPMA)研究和分析了合金的铸态组织特点、凝固偏析行为、均匀化热处理制度,并对合金凝固过程进行了讨论。结果表明:采用电渣重熔连续定向凝固技术制备的铸锭可消除常见的中心等轴晶区而呈现发达的柱状晶组织,R/2处柱状晶的轴向偏离角度小于20°。GH4198合金在凝固过程中,Al,Mo,Ti,Nb和Ta等元素主要在枝晶间偏析;W,Cr和Co等元素主要偏析在枝晶干;铸锭边部元素偏析系数更低,心部和二分之一半径处(R/2)的元素偏析系数相当。铸态合金中主要析出相为γ′相,一次碳化物,共晶相及其凝固前沿的η相、硼化物相和富锆相。经过均匀化热处理后共晶相、η相、硼化物和锆化物相可彻底回溶至基体,采用最高台阶温度为1195℃保温12 h的均匀化热处理制度后各元素扩散充分。     

激光诱导击穿光谱原位分析仪和电子探针在CrMo耐磨铸钢元素偏析分析中的联合应用

CrMo耐磨铸钢是重要的耐磨钢铁材料,凝固过程中的溶质元素偏析是影响CrMo耐磨铸钢组织和性能的重要因素,了解凝固过程中的溶质元素偏析对于CrMo耐磨铸钢的工业化生产具有重要的借鉴意义。宏观偏析和微观偏析是衡量材料偏析程度的两个指标,准确的测量其偏析状况是研究溶质元素偏析的基础。实验以CrMo耐磨铸钢为研究对象,采用激光诱导击穿光谱原位分析仪(LIBSOPA)和电子探针(EPMA)分析钢锭不同部位的宏观偏析和凝固组织中的微观偏析,结果发现,Cr、V和Mn元素在CrMo耐磨铸钢铸锭中宏观偏析程度较小,偏析比接近1,而Mo元素宏观偏析程度较大,其最大宏观偏析比超过1.20;Cr、Mo、V和Mn元素在CrMo钢凝固组织中均存微观偏析,且随着冷却速度的增加,Cr、Mo、V和Mn微观偏析程度也随之增加,其最大微观偏析比分别为1.39、2.63、3.47和1.83。LIBSOPA与EPMA在CrMo耐磨铸钢元素偏析分析中的联合应用,对全面了解CrMo钢铸锭元素偏析,优化铸造以及后续的热加工工艺具有重要借鉴意义。     

Fe-C合金凝固枝晶形貌及特性参数的相场模拟

为了实现对合金凝固过程中枝晶形态的定量表征、揭示凝固前沿溶质分布与过冷度对微观偏析的影响,进而实现对凝固枝晶间液相渗透率的量化研究,采用相场模型探讨了 Fe-0.5％C合金凝固过程中的显微组织和特征参数,并引入分形维数和无量纲周长定量分析了枝晶形貌、微观偏析和其糊状区的渗透性.结果表明,分形维数和无量纲周长可用于定量描...     

含氮不锈钢凝固模式及显微组织研究

研究了四种不同N含量的18Mn18Cr N不锈钢的凝固模式、显微组织和元素分布.结果表明：N含量影响18Mn18Cr N合金系的凝固模式和显微组织.氮的质量分数由0.07%增加至0.72%时,实验钢的凝固模式由F模式转变为A模式,显微组织由铁素体和奥氏体魏氏两相组织转变为铁素体和奥氏体两相组织以及单相奥氏体组织.N含量影响奥氏体相形貌,随N含量增加,奥氏体由板条状、针状转变为枝晶间和等轴状.枝晶间和等轴状奥氏体晶粒中存在褶皱形貌,且随着氮含量增加,褶皱数量增多.褶皱的产生与凝固过程中奥氏体相内部Fe、Mn、Cr元素的偏析有关,且该凝固偏析被保留至室温组织中.     

Co含量对一种新型高温合金铸态及热处理组织的影响

利用高温度梯度真空定向凝固方法,在保持其他元素不变的情况下,制备3种不同Co含量(质量分数,下同)的新型第四代镍基单晶高温合金,研究了Co含量对合金定向铸造凝固过程、热处理过程中偏析行为及显微组织演化的影响规律.研究结果表明：不同Co含量合金的初熔温度变化不大;随着Co含量的增加,合金的固、液相线温度升高,3种铸态合金中,质量分数为9%的Co合金(以下简称9%Co)的一次枝晶干与二次枝晶干间距最小,(γ+γ′)共晶组织含量最多;9%Co合金铸态组织偏析最为明显,Co含量的变化对Re和W等典型负偏析元素的偏析系数影响较大,而对Al和Ta等典型正偏析元素的偏析系数未见明显影响.合金经固溶处理后共晶回溶、枝晶偏析得以消除,二次时效处理后,随着Co含量的增加,γ′相平均尺寸及立方度的变化趋势均为先增大再略微减小.标准热处理后,Co含量对γ′相体积分数未见明显影响,且9%Co合金具有最佳的γ′相平均尺寸和立方度.     

S31254超级奥氏体不锈钢凝固相转变的热力学分析

超级奥氏体不锈钢广泛应用于海洋、环保、化工等苛刻腐蚀环境。由于合金化程度较高，凝固过程凝固偏析严重，析出相多且复杂。本文结合热力学计算软件Thermo-Calc，分析S31254超级奥氏体不锈钢在凝固过程中组织的组成和析出相的演变规律，主要合金元素Mo、Cr、Ni、N在凝固过程发挥的功能及其对相组织演变的影响，Mo-Cr元素交互作用对凝固相组织演变影响规律。结果表明，该钢种液固相线温度分别是1 394.4℃和1 358.6℃，平衡凝固路径是L→γ，非平衡凝固路径是L→L₁+γ→L₂+γ+δ→γ+δ+σ。Mo偏析是导致σ相析出的主要原因，δ相和σ相析出时，液相中Mo含量分别为8.5%和11.3%。     

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铸钢种（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，本文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。     

碳钢连铸凝固过程的微观模拟

通过一种简单的数学模型研究了连铸坯凝固过程中枝晶生长的重要微观结构参数.结合中碳钢连铸性能计算出凝固过程中枝晶生长的尖端半径、枝晶生长速率、二次枝晶臂间距等枝晶相关参数,并研究了拉速对上述微观结构参数的影响.分析了碳、硅、锰、磷和硫等重要元素的微观偏析程度随凝固进程与坯壳生长的变化规律.与前人经验模型的对比与验证表明本文模型预测结果合理.     

GCr15轴承钢大方坯凝固过程微观偏析模型及应用研究

建立了考虑δ/γ相变的GCr15轴承钢大方坯连铸凝固两相区溶质微观偏析模型,并应用于220 mm ×260 mm铸坯的凝固传热。结果表明:通过模型可以获得高碳钢精确的固液相线温度,以及温度与固相率的关系;GCr15轴承钢大方坯凝固过程仅析出γ相,凝固末期S、P和C元素的偏析严重;固相率越大,冷却速率对偏析度的影响更明显;S和P元素含量以及冷却速率对零塑性温度（ZDT）影响较大;采用基于凝固传热模型优化的连铸工艺后,铸坯中心碳偏析指数控制在0.961.05,且铸坯未产生内裂纹。     

IN-100粉末高温合金中碳化物转变和原始颗粒边界问题

本文从粉末原始状态出发对三种不同含碳量的IN-100粉末高温合金进行了研究。指出氩气雾化粉末是“糊状凝固”的多枝晶球体,内部存在大量缩孔,气孔和第二相。粉末晶粒度和粒度在一定范围内存在指数关系。枝晶间和粉末表面存在凝固偏析。粉末中主要析出相为γ~1和MC相。粉末在加热过程中存在MC→M_(23)C_6碳化物转变,γ~1相在加热过程中不断析出     

强制对流影响下Fe?C合金定向凝固微观组织的相场法研究

定向凝固技术能够获得特定柱状晶结构,对于优化合金轴向力学性能具有非常显著的效果。本文采用耦合流场的相场模型模拟了定向凝固过程中枝晶的生长过程,研究了各向异性系数、界面能对定向凝固枝晶生长的影响以及强制对流作用下枝晶的生长行为。数值求解过程中,选用基于均匀网格的有限差分方法对控制方程进行离散,实现了格子中标记点算法（MAC）和相场离散计算方法的联合求解。处理微观速度场和压力场耦合时,采用MAC算法求解Navier-Stokes方程和压力Poisson方程,采用交错网格法处理复杂的自由界面。结果表明:随着各向异性系数的增大,枝晶尖端生长速度增大,曲率半径减小,枝晶根部溶质浓度逐渐降低;随着界面能的增大,枝晶尖端曲率半径增大,当界面能为最大（0.6 J·m?2）时,凝固呈现平界面的凝固方式向前推进;强迫对流对定向凝固枝晶生长方向影响较大,上游方向定向凝固枝晶粗大且生长速度更快,其现象随流速的增大而愈加明显。      

凝固过程中液相流动引起宏观偏析的研究

本文研究了凝固过程中由于液相流动产生的宏观偏析,并导出定量描述偏析的理论模型。该模型从形成两相区消除组分过冷的基本关系式dC/cx=(1/m)·(dθ/dx)出发,采用了树枝晶顶端平面处存在边界层的设想,并考虑了枝晶问熔体和液相间的传质。在处理三元系中的宏观偏析时需将实酥的(或总的)温度梯度分解成每种溶质元素的分温度梯度,然后用推导的模型分别计算每种元素的偏析。文中对确定分温度梯度的原理和方法作了描述。为了验证理论模型的正确性,在实验室的定向凝固装置中进行了宏观偏析试验,试验结果与理论计算值吻合较好。用偏析理论模型还可定量确定连铸电磁搅拌引起贫化区中元素的分布,并通过实验室试验和连铸生产数据得到验证。