凝固界面临界分叉－Sn－Pb共晶定向凝固几何模型

数值求解了Ｓｎ－Ｐｂ共晶定向凝固静态耦合方程．详细讨论了三相交接点处过冷、界面形态及界面分叉特征作为共晶相间距的函数特征．计算发现三相交接点处最小过冷、β（Ｐｂ）相凝固界面形态临界分叉及此界面中心位置极大值三者是一一对应的．提出了共晶定向凝固几何模型并导出了普适标度律：λ～Ｖ－１／２·ｆ（ＧＬ／Ｖ），这里λ为共晶相间距，ＧＬ为温度梯度，ｆ是凝固速度Ｖ的增函数并在Ｖ很高时趋于饱和．将这一标度律同现有试验结果进行了比较     

高温度梯度下Fe——石墨共晶定向凝固的研究

使用液态金属冷却定向凝固技术在G_L≈2lOK/cm,υ=0.5-100μm/s条件下对Fe—石墨共晶进行了试验研究。Fe—石墨共晶的界面形态和凝固组织可分为四种类型:(1)规则界面和定向细片石墨,(2)不规则界面和粗、细片石墨,(3)内生型界面和共晶团,(4)Fe—Fe_3C共晶。石墨片间距入与生长速度υ的关系如下: (1)υ=0.5-2μm/s时,λ=4.74xl0~(-6)υ~(-0.64)cm,υ=0.2μm/s时,石墨片具有良好的定向性;(2)υ=3-5μm/s时,λ随υ的增大而增大;(3)υ=5-10μm/s时,λ≈常数。     

超重和对铅锡共晶凝固组织的影响

采用臂长为１．３ｍ的离心机实现１、５、１０、１５ｇ（１ｇ＝９．８ｍ·ｓ＾－２）四个重力水平，利用Ｂｒｉｄｇｍａｎ法使Ｐｂ－Ｓｎ共晶单向凝固。以观察重力对凝固组织的影响。结果表明，随重力水平的提高，共晶昌团尺寸减小，而共晶相间距不变，表明浮力对流不影响共晶相间的溶质交换。     

高梯度定向凝固共晶高温合金的组织与性能

制备共晶自生复合材料的生产效率低、增强相体积分数调节范围小等因素极大地制约了共晶自生复合材料的发展和商业应用。采用 LMC 和电子束区熔两种高温度梯度定向凝固装置,不但提高了自生复合材料的生产效率,而且还扩大了增强相体积分数的调节范围。在 LMC 高温度梯度定向凝固条件下,凝固速率在7.14μm/s 范围内,偏离共晶成分2.9wt%Ni-Nb 亚共晶合金都可制备出片层状共晶自生复合材料。生长速率平方根的倒数与共晶片层间距具有线性对应关系,该系统有λ~2R=83.14μm~3/s 的关系式。Ni-TaC 系共晶自生复合材料中 TaC 纤维体积分数在一定范围内随凝固速率而改变。其中,Ni—TaC16复合材料中 TaC 纤维间距和凝固速率的函数关系为λ=13.18R~(-0.4972),横向面积与凝固速率的函数关系为 S=-0.6597R+5.14。Ni-TaC 系复合材料中 TaC 和基体相的界面结构一般为规则的折线状。同时,还发现了不规则的折线界面形貌、波浪线形界面形貌和鱼骨状界面形貌。纤维状的共晶 TaC 以金字塔方式定向生长,形成规则排列的 TaC 纤维。共晶 TaC 横向边缘不稳定性和生长速率的各向异性决定了共晶 TaC 横向截面的多样性。Ni-TaC16共晶自生复合材料拉伸性能,随着纤维体积分数的增大而显著提高。室温和高温的形变强化特征决定了复合材料常温和高温的拉仲断裂模式。     

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。     

凝固速率对DZ22合金力学性能和组织的影响EI

本文采用ＺＭＬＭＣ超高梯度定向凝固法（ＺＭＬＭＣ法），研究了两种凝固速率下ＤＺ２２合金的高温力学性能和组织。结果表明，较高凝固速率下大幅度地提高了合金的高温力学性能，９８０℃，２２０ＭＰａ条件下的高温持久寿命由７１ｈ５０ｍｉｎ提高到１６８ｈ５ｍｉｎ；一次、二次枝晶臂间距λ＿１和λ＿２分别由１０５μｍ和３２．７μｍ左右减小到６８μｍ和１６μｍ左右；元素的枝晶偏析得到抑制；合金显微组织的组成相γ＇、（γ－γ＇）共晶、ＭＣ型碳化物的形态、大小和分布均发生了明显的变化。     

MnSb／Sb共晶复合材料与凝固界面稳定性

用Ｂｒｉｄｇｍａｎ法制备了ＭｎＳｂ／Ｓｂ棒状共晶复合材料，得出其组织标度律和平界面生长条件，基于棒状共晶界央前沿的成分过冷和曲面过冷，估算了ＭｎＳｂ／Ｓｂ棒状共晶平界面上生长临界速度，与结果吻合较好，揭示了目前沿用的成分过冷（ＣＳ）判据在判断共晶界面稳定性上的缺陷。     

亚共晶Ni-Si合金的凝固组织特征研究

采用布里奇曼定向凝固技术制备了NiNi3Si亚共晶复合材料,系统地研究了Ni-Ni3Si亚共晶的定向凝固组织特征。在较低的凝固速率R=3μm/s时亚共晶成分的合金为规则的层片共晶组织。随着凝固速率的增大,当R=8μm/s时,平界面失稳,在第二相的旁边出现浅胞状组织。当R=25μm/s时在析出相的旁边出现了突起的胞状组织。当R=40μm/s时由于固液界面前沿的成分过冷逐渐增大,凝固组织生长成为典型的树枝晶组织。并根据"成分过冷"判据,评估了固液界面前沿的"成分过冷"的大小,理论计算与实验结果基本吻合。此外,根据BH模型计算和比较了α-Ni相的界面生长温度和共晶界面生长温度,证明较高速定向凝固下不太可能制备出全耦合生长的共晶组织。随凝固速率的增大,一次枝晶间距减小,组织细化。     

SCN-Cam共晶合金的定向凝固研究

采用实时观测装置和定向凝固系统研究了SCN-Cam(Succinonitrile-wt%Camphor,wt%为质量分数)模型合金的凝固过程.实验结果表明,SCN-23.6%Cam共晶合金在常规条件下形成规则的共晶组织,共晶间距随界面推移速度的增大而减小;加入超声振动时,共晶合金生长出初生相;SCN-21%Cam亚共晶...     

K5合金高梯度下快速凝固定向组织的研究

本文利用自行研制的超高梯度定向凝固装置（ＺＭＬＭＣ）,考察镍基高温合金Ｋ５在不同的凝固速率下特别是在高速下定向组织的生长行为。研究表明,利用该定向凝固装置可获得完全细化的定向超细晶组织。当Ｒ＝６００ｃｍ／ｓ时,其一次间距λ１小于２３８μｍ;二次枝晶间距被强烈抑制,λ２仅为６６μｍ,组织更加均匀．另外,还对界面稳定性理论在实验条件下进行了讨论     

Ni-Ni3Nb共晶合金跃迁变速定向凝固下的组织演化

为了研究非稳态凝固过程对共晶合金凝固组织的影响,在Ni-Ni3Nb共晶合金中采用跃迁变速的方法,研究了凝固组织的变化.研究结果表明:凝固速率从1μm/s跃迁到10μm/s时,共晶层片间距因Ni相分叉而发生细化,跃迁前后的层片间距满足λV1/2=18μm3/2s-1/2;从10μm/s跃迁减速到1μm/s时,共晶层片间距因Ni相合并而发生粗化,粗化过程在一个较长的凝固区域内进行;凝固速率从5μm/s跃迁加速到15μm/s时,部分Ni相失稳长大,而Ni3Nb相保持不变,导致合金凝固组织从规则共晶转变为非规则共晶.     

两种定向凝固方法DZ22合金的力学性能和组织

比较了超高梯度定向凝固法（ＺＭＬＭＣ法）和普通定向凝固法（ＨＲＳ法）对ＤＺ２２合金的高温力学性能和组织的影响。结果表明：ＺＭＬＭＣ法大幅度地提高了合金的高温力学性能，９８０℃，２２０ＭＰａ条件下的高温持久寿命由７２ｈ提高到１６８ｈ；一次、二次枝晶臂间距λ１和λ２分别由１５０ｕｍ和５０ｕｍ左右到减小到６８ｕｍ和１６ｕｍ左右；元素的枝晶偏析得到抑制；合金显微组织的组成相ｒ’，（ｒ＋ｒ’）共晶，ＭＣ型碳     

生长速度对Al／Al3Ni定向共晶微观组织的影响

研究了当固／液界面前没 相中的温度梯度为４５Ｋ．ｃｍ＾－１，定向凝固Ａｌ－５９．５ｍｇ．ｇ＾－１Ｎｉ的生长速度与组织及共晶间距选择范围的关系。     

Ni,Cr,Al—TaC自生复合材料的定向凝固组织特性

本文采用高梯度定向凝固装置制备Ni-TaC共晶自生复合材料。系统地研究了凝固速率对凝固组织的影响。随凝固速率增大,固液界面依次呈现平一胞一枝的形貌。TaC纤维增强相的平均间距和截面积随凝固速率增大而减小,其体积分数可在一定范围内调节。与此同时,随凝固速率的增大,γ′相形貌趋于规整,尺寸减小。     

一次枝晶间距模型及在单晶高温合金中的验证

本文评述了二元系统一次枝晶间距模型的发展及特点，并验证了在多元合金系统中的适用性，结果表明，在ＤＤ８单晶高温合金中，λ１－Ｇ关系符合二元系统模型，但λ１－Ｖ关系和二元系统模型有较大的偏离，λ１为一次枝晶间距，Ｇ为温度梯度，Ｖ为凝固速率，在本文凝固条件下，ＤＤ８合金的λ１－Ｇ，Ｖ关系式为：λ１＝１１４１．５Ｇ＾－０．５２Ｖ＾－０．１２，其中λ１单位为μｍ，Ｇ为Ｋ／ｍｍ，Ｖ为μｍ／ｓ。     

超重力下Pb—Sn合金定向凝固组织和形态

采用臂长为１．３ｍ的离心机实现１、５、１０和１５克四个重力水平；利用Ｂｒｉｄｇｍａｎ法使Ｐｂ－Ｓｎ共晶在超重力下单向凝固发现Ｐｂ－Ｓｎ共晶生长形态因重力水平而异；１克时为挺直的片晶，５、１０克时呈胞枝状生长，１５克时又以一种挺直的片晶方式生长；共晶组织形态的差异是由于不同重力水平下浮力对流干扰特性不同所致。     

强脉冲磁场中Al-Cu共晶定向凝固组织的演变

脉冲磁场作用于Al Cu共晶凝固的界面,研究了定向凝固组织的演变.随着脉冲磁场强度的提高,Al-Cu共晶定向凝固组织经历了由规则柱晶到破碎枝晶、粗化枝晶到重新规则化柱晶三个演化阶段;在重新规则化柱晶试样中,共晶片层间距减小,晶团间富铜相析出明显.将感生电势场与溶质扩散场相耦合,分析了脉冲磁场对凝固界面稳定性的影响,发现强脉冲磁场在金属熔体引起感生电势场效应,在凝固界面前沿诱发具有振荡特征的电致迁移,从而促进晶间扩散和减小成分过冷区域.     

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。     

分形理论在定向凝固固—液界面中的应用

本文叙述了分形理论中镍基高温合金定向凝固固－液界面研究中的应用。从分形的基本理论出发，论证了定向凝固固－液界面是一种不规则的分形结构，并用分形维数的新方法定量地描述了固－液界面和生长形态，给出了界面分形维数与凝固速率之间的关系。发现随着凝固速率的增加，固－液界面的分形维数呈指数规律增加，而且，从热力学角度对分形维数不仅仅是单纯描述不规则图形的几何参量，而是对一个依赖于凝固参数而变化的态函数做了较为     

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。