凝固组织对耐候钢中磷偏析的影响

进行了高温模拟实验,通过改变凝固速率和添加稀土元素来改变耐候钢的凝固组织,研究了枝晶大小以及等轴晶率的不同对耐候钢中磷元素宏观偏析的影响.结果表明,加快冷速、添加稀土元素可以明显细化晶粒,提高等轴晶率,从而显著减轻磷元素的宏观偏析.     

钢锭内部的金属流动与宏观偏析

钢锭内部的宏观偏析取决于凝固过程中凝固界面处的溶质分配及固－液两相区中的溶质流动。溶质分配和流体流动受钢锭合金成分、冷却条件及凝固形式等影响。根据钢锭中宏观偏析形成的最新理论，从枝晶间流动、凝固组织、成分、冷却条件等方面，详细论述了钢锭中宏观偏析的控制。     

22MnB5钢溶质分配系数及TiN析出对微观偏析的影响

为了提高凝固过程中溶质微观偏析模型计算的准确性,基于溶质分配系数及夹杂物析出对溶质偏析的重要影响,定量分析了溶质分配系数以及TiN析出对凝固过程溶质元素含量的影响,为微合金高强钢凝固过程研究提供理论参考.针对22MnB5钢建立了耦合TiN析出热力学模型的溶质微观偏析模型,并探究了温度及钢液凝固路径对溶质分配系数的影响规...     

基于射钉法的板坯连铸工艺优化

利用射钉法测定了连铸机板坯冷却过程凝固坯壳厚度,重点分析了中间包钢水过热度、拉速、二冷区冷却制度与铸坯凝固系数之间的关系,对凝固系数影响大小的顺序为:过热度＞拉速＞比水量.采取控制中包钢水过热度及拉速,优化二冷配水工艺,调整铸机扇形段开口度等措施,铸坯中心偏析平均级别由B1.5 ～ B2.0降低至B0.5～ B1.0,试样分层缺陷改判率由0.36％降低至0.06％.     

PMO和冷却速率对5CrNiMoV热作模具钢凝固组织的影响

为研究脉冲磁致振荡(PMO)和冷却速率对5CrNiMoV热作模具钢凝固组织及偏析的影响,利用自制的高通量凝固过程热模拟试验机,对5CrNiMoV热作模具钢进行不同冷却速率下的PMO处理试验。结果表明,随着冷速增大,平均晶粒尺寸逐渐减小;PMO处理可以扩大等轴晶区,冷速越大,细化效果越明显。PMO作用下熔体内部产生强制对流,可以有效改善元素偏析,3种冷速下C元素相较于Cr元素和Mn元素偏析改善更显著。     

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。     

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。     

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。     

高碳中锰耐磨钢凝固过程溶质微观偏析模型

通过定向凝固、电子探针(EPMA)、Factsage等多种实验与理论计算相结合的手段对中锰耐磨钢凝固过程溶质元素微观偏析行为进行了系统研究.研究表明在定向凝固试验中当拉速为50μm·s^-1时,中锰钢的二次枝晶间距平均值为59.77μm;中锰钢凝固过程组织转变为L→L+γ→γ属于奥氏体凝固模式,无包晶反应的发生,也无铁素体相及其他相的出现;中锰钢定向凝固过程中Mn、Cr在枝晶间的含量明显高于枝晶内,表明Mn、Cr元素发生了明显的正偏析行为;通过对各特征参数求解,构建了中锰钢溶质元素微观偏析模型,发现中锰钢定向凝固过程中Mn元素偏析指数与Brody–Flemings模型符合较好,而Cr元素偏析指数与Clyne–Kurz模型分布较为一致.     

ND钢连铸坯两相区内的微观偏析模型

通过构建ND钢连铸坯凝固两相区内溶质的微观偏析模型, 不仅研究了C、S和P元素对固液两相区内钢的高温力学参数以及溶质再分配的影响, 还对P元素偏析比随冷却速率(C_R) 的变化规律进行了探究.通过分析模型结果表明: 初始C的质量分数在0.075%~0.125%之间时, 随着初始C含量的增加, P、S元素的偏析加剧, 凝固末端温度下降幅度变大, 导致脆性温度区间增大; 增加P和S元素的初始含量, P、S元素的偏析比降低, 但会加剧其在枝晶间残余液相中的富集, 直接导致零塑性温度(ZDT) 下降; ND钢中的Cu含量低于显著提高裂纹敏感性的临界含量, 且凝固过程中Cu元素的偏析比较低, 因此在ND钢凝固过程中Cu元素不能主导裂纹的诱发; 在一定的冷却速率波动范围内, P元素的偏析比随着冷却速率(C_R)的提高略有下降.      

超声铸造7050铝合金的微观组织和宏观偏析规律

采用不同功率超声对铝熔体进行处理,研究超声场对7050铝合金凝固组织和宏观偏析的影响规律.结果表明:超声振动产生的空化效应和声流效应影响熔体的凝固过程,合理功率的超声能有效细化晶粒、优化组织及改善宏观溶质分布.当超声功率达到170 W时,铸锭径向宏观偏析的弱化效果最好,Zn、Mg和Cu的偏析指数分别为0.0593、0.0565和0.0319;超声功率超过170 W,溶质元素在中心区域富集量显著提高,宏观偏析程度增大.      

铝合金铸件定向凝固过程的数值模拟

为了研究铝合金定向凝固组织的变化规律,采用有限元软件ProCAST对Al Si Cu合金定向凝固过程进行模拟,分析了不同浇注温度和抽拉速率对铸件定向凝固过程中的温度梯度、固液界面前沿、糊状区宽度、枝晶生长速率和二次枝晶臂间距的影响。结果表明,当浇注温度越高时,温度梯度越大,而固液界面前沿下凹越小,糊状区宽度也越窄,从而越有利于顺序凝固的发生;随着抽拉速率的增大,枝晶生长速率先增大后减小,当抽拉速率为200 μm/s时,最大生长速度达到0.093 mm/s,铸件凝固组织最佳;当抽拉速率大于300或小于200 μm/s时,都会导致枝晶生长速率缓慢,枝晶生长不平稳,二次枝晶臂粗大。对模拟得到较优的工艺参数进行试验验证,可以制备出具有较好力学性能的铸件。     

RE对耐候钢中P偏析的影响

研究了在不同冷速下添加RE对耐候钢中P元素宏观偏析的影响.研究发现,在钢中添加0.060%～0.380%量的RE,其固溶量可以达到0.006%～0.017%,这部分固溶稀土可以起到微合金化的作用,能够明显细化枝晶,增加等轴晶率,可以明显改善耐候钢中P元素的宏观偏析.继续加入过量的RE并不能提高其固溶含量.     

含钛低碳钢凝固过程中氧化钛的析出和长大

根据凝固过程中溶质元素偏析和扩散的基本规律,建立了凝固过程中氧化钛的长大模型。计算结果表明,冷却速率对凝固过程中氧化钛的析出和长大有重要影响：冷却速率越小,氧化钛长得越大。凝固前初始氧化钛越小,在凝固过程中氧化钛越容易长大。此外,可以根据冷却速率和凝固后氧化钛的尺寸判断氧化钛是凝固前形成的一次氧化物还是凝固过程中产生的二次氧化物。     

关于热顶铸造6082合金圆铸锭表层成分偏析的研究

通过大量生产实践及严谨的实验,发现大直径规格6082圆铸锭表层存在宏观偏析层。Si、Mg、Mn主要合金元素都存在成分偏析,Si、Mg偏析规律及偏析程度高度一致。偏析层的形成是热顶铸造这种生产方式造成的,其形成机理是:铸锭在凝固结晶过程中,表层经历了急剧冷却凝固-晶界重熔-溶质在晶界网络流动-再凝固过程。晶界重熔引起溶质流动,溶质流动导致表层不同区域出现成分偏析,最终形成"勺子"形状的表层偏析层。     

连铸方坯中心线凝固行为波动现象及变化规律

连铸坯中心线区域钢液的凝固行为与中心偏析缺陷的形成及控制密切相关。基于中碳钢连铸方坯纵断面的实际凝固组织,以中心偏析点内部二次枝晶间距计算局部冷却速率,揭示了铸坯中心线局部冷却速率的波动特征。结合连铸三维凝固模型,研究了铸坯中心线固相率波动引起局部冷却速率波动并最终影响铸坯中心组织和性能的均匀性的机理;对不同工况铸坯中心线固相率和局部冷却速率波动的周期性进行了分析对比,提出了连铸坯凝固终点位置的周期性波动机理并得到了不同拉速下凝固终点波动距离的判断方程,对于所选连铸方坯,凝固终点波动距离为25.0～27.5 mm;在此基础之上,研究了拉速对中心线固相率波动程度的影响规律,并分析了凝固终点波动距离变化对末端电磁搅拌(final electromagnetic stirring, F-EMS)和轻压下(mechanical soft reduction, MSR)作用均匀性的影响。结果表明,拉速由1.8 m/min提高至2.4 m/min后,虽然液相穴长度增加可能增加整体偏析程度,但铸坯中心线固相率波动程度降低了20%,这有利于减轻中心线偏析沿拉坯方向的波动性,提高铸坯中心质量的均匀性。并...     

45钢凝固相变过程中溶质平衡分配系数的变化

以45钢为研究对象,建立了多元凝固体系溶质平衡分配系数的热力学计算模型,利用FactSage Equilib模块计算得到了45钢凝固相变过程以及各溶质分配系数的变化。结果表明:45钢凝固路径先后经过L-δ、L-γ固-液两相区,MnS在固相中析出;依据相区间和温度的变化,回归得到了45钢中溶质C、Si、Mn、P、S平衡分配系数变化公式;溶质C、Si、Mn、P、S平均平衡分配系数分别为0.307、0.737、0.695、0.18、0.021,其中S偏析趋势最强烈,P次之,C偏析趋势较P小,Si和Mn基本相当,偏析较小。     

电场对DD3单晶高温合金显微偏析的影响

研究了直流电场对DD3单晶高温合金凝固显微偏析的影响.实验结果表明在定向凝固速度为5μm/s和电流密度为0～20 A/cm2的条件下,随电流密度增大,胞晶或树枝晶间距减小.与不施加电场时相比,电流密度为6A/cm2时,凝固偏析明显减轻;电流密度为20A/cm2时,凝固偏析恶化.DD3单晶高温合金定向凝固过程中,由于电场的加入,引起溶质有效再分配系数的变化,减轻了凝固偏析;胞晶或树枝晶间距减小,也有利于减轻凝固偏析;胞晶间的原子团簇向胞晶侧面集聚,造成凝固偏析增大.上述因素共同作用决定了最终凝固组织的偏析.     

抽拉速率对高温合金叶片定向凝固组织的影响

采用以液态金属锡作为冷却介质的定向凝固设备,研究了五种不同的抽拉速率对叶片定向结晶组织的影响。结果表明抽拉速率对高温合金叶片的定向结晶组织具有重要的影响,抽拉速率为6mm/min时,可保证叶片的良好成形,定向柱晶挺直,晶粒沿竖直方向排列整齐,晶粒大小均匀。抽拉速率增大,合金组织细化,枝晶间距变小。     

铁碳合金凝固过程微观溶质偏析模型分析

为了选择正确的微观溶质偏析模型研究铁碳合金的凝固过程,利用Thermo-Calc商业软件计算了不同碳含量下铁碳合金的固相线温度、液相线温度和碳的平衡分配系数,利用数值方法研究了不同微观溶质偏析模型下铁碳合金的固液界面温度和无量纲液相溶质浓度.数值结果表明:文献中常用的碳平衡分配系数不准确;C lyne-Kurz模型和Sche il模型不能准确地预测固液界面温度,B rody-F lem ings模型不能正确地预测碳偏析,建议采用杠杆模型和大中逸雄模型计算铁碳合金凝固过程的微观溶质偏析.