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相似文献
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1.
偏晶合金的应用十分广泛,其中许多具有重要的工业应用背景,但该类合金凝固时首先发生液-液相变,极易形成偏析严重乃至两相分离的凝固组织,因此其凝固过程研究与工业制备技术研发受到了严重限制。近年来,偏晶合金凝固理论受到材料科学领域的高度重视,为了深入研究偏晶合金凝固组织形成过程及演变规律,材料科学工作者分别在空间微重力条件下和地面重力场内对该类合金开展了大量凝固实验,探索了偏晶合金的常规凝固行为、快速凝固行为、定向凝固行为和连续凝固行为等,考察了微重力场、电场、磁场、离心力场、超声场等外场以及微合金化元素对偏晶合金凝固过程的影响,并结合实验对偏晶合金凝固组织形成过程开展了深入的建模与模拟研究,阐明了偏晶合金凝固机理及关键影响因素。综述了有关偏晶合金凝固研究的进展,介绍了本研究团队相关研究工作,并展望了未来偏晶合金凝固研究的方向。  相似文献   

2.
当偏晶合金液过冷至液相分离温度(Tsep)以下时,进入亚稳态难混溶区间,由单一液相分离成两个液相:L1(主体液相,质量分数大于50%)与L2(次生液相,收缩成液滴)。微观组织演化呈现三个阶段:(1)相分离自发进行阶段;(2)主体相合金熔体进入结晶过程;(3)残余的次生相合金熔体进入凝固阶段。尤其是当次生相凝固后弥散分布于主体相基体内时,偏晶合金具有高强、高导以及高耐磨性能,其在航空航天和汽车等工业领域具有重要的应用前景,长期以来受到了研究者的广泛关注。偏晶合金组织结构特征有两种,即第二相弥散型和核/壳结构型。然而,常规凝固条件下,制备的偏晶合金极易形成严重偏析或分层组织,导致制备大块匀质偏晶合金变得困难。为了深入研究偏晶合金液相分离行为,以及微结构特征对偏晶合金性能的影响,研究者提出了许多制备偏晶合金的方法。早在1958年,液相分离现象就在Cu-Fe偏晶合金中被发现,当即引起学者们的广泛关注。近年来,为了制备组织均匀和性能优异的偏晶合金,开发了许多外场作用下的偏晶合金制备方法,旨在消除常规重力场下熔体对流造成的凝固组织偏析、位错、空洞等缺陷。例如,在微重力场条件下,对流作用减弱,可制备接近无偏析的凝固组织;在电磁场条件下,实现了对材料工艺过程的控制和材料组织与性能的改善;在直流磁场和电场交互作用下,熔体流动得到抑制,实现了电磁搅拌控制凝固;在交流磁场和电场交互作用下,实现了电磁搅拌和电磁悬浮,达到减小偏析和改善组织结构特征的目的;在超声场作用下,实现了材料无容器凝固。此外,快速凝固是一个典型的非平衡相变过程,可以消除合金的溶质偏析,获得常规凝固条件下无法获得的成分、相结构和显微组织,显著提高合金的强度、塑性、韧性、延展性和磁性等。为深入了解各类偏晶合金的制备方法,本文主要从外场下凝固、快速凝固、激光技术角度综述了偏晶合金的各种凝固制备工艺和研究方法。  相似文献   

3.
在恒定磁场作用下对Al-Pb合金进行连续凝固实验,研究了磁场对Al-Pb偏晶合金凝固特性的影响。结果表明,在恒定磁场作用下得到了弥散相均匀分布于基体的凝固试样。随着磁场强度的提高试样中富Pb相粒子的弥散度增加。恒定磁场能增加合金熔体的有效粘度,减小弥散相液滴相对于基体熔体的运动速度,抑制基体熔体对流,促进偏晶合金形成弥散型复合凝固组织。  相似文献   

4.
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。  相似文献   

5.
建立偏晶合金难混溶区凝固过程的两相数学模型,模拟研究了有、无磁场Al-10%Bi过偏晶合金微观组织演变,研究了温度、速度、第二相体积分数等物性参数对凝固组织宏观偏析的影响。结果表明,在磁场作用下温度场为中心对称分布,更有利于第二相液滴的均匀分布;电磁力抵消了部分重力和Marangoni力,使无磁场时外环流的速度场变为有磁场时斜向下的速度场,且速度明显降低,从而减轻了强对流导致的重力偏析;在磁场的作用下,试样底部第二相的体积分数减小,凝固组织宏观偏析得到改善。  相似文献   

6.
偏晶系合金具有独特的物理和力学性能,是一类具有重要工业应用前景的合金,长期以来受到了广泛关注.系统介绍了偏晶合金的各种凝固制备方法和研究手段,总结了近期国内外在这一领域的研究新进展,着重介绍了强磁场下均质偏晶合金的制备技术,展望了利用强物理场制备大体积均质偏晶合金的前景,并指出了今后的研究方向.  相似文献   

7.
在常规重力场条件下,通过极快速液淬冷却的实验方法,分析了Al-Bi过偏晶合金在难混溶区凝固过程中,不同凝固时刻和温度下富Bi相液滴的形核、扩散长大、Marangoni迁移、重力沉降和碰撞凝并等复杂的物理过程,考察了富Bi相液滴平均直径及最大直径等随时间变化的分布规律,揭示了偏晶合金宏观偏析的形成过程与影响因素的作用程度,为制备匀质偏晶合金提供理论参考和实验依据。  相似文献   

8.
单晶合金由于没有晶界缺陷而具有特殊的理化性能,如镍基单晶高温合金是先进航空航天发动机和燃气涡轮发动机关键材料,具有优异的高温使役性能。单晶合金的特色结构决定了它只能通过凝固的方式获得,因而凝固过程对单晶合金的组织结构、成分分布乃至理化性能具有难以磨灭的影响。如以枝晶结构为主要特征的单晶合金中的枝晶结构参数、合金元素的宏观与微观偏析都与凝固过程参数(如凝固速度、温度梯度等)密切相关。研究表明,重力导致的各项效应(如浮力对流、沉降和流体静压等)直接或间接地影响凝固过程参数,并且是导致成分偏析和凝固缺陷的重要原因。但在常规地面条件下由于无法有效去除重力影响,因而难以清晰揭示凝固过程中的重力效应及其作用规律。而在微重力环境中,这一难题将迎刃而解。因此,近些年来国内外一些学者利用空间或模拟微重力环境,对重力对单晶凝固行为的影响及其在缺陷形成中的作用进行了研究。这些研究对于获得良好的单晶凝固组织、避免凝固缺陷的形成,以及提高单晶合金的质量和性能都有着重要的意义。综述了目前国内外微重力下单晶生长研究的相关进展,并对未来研究进行了展望。  相似文献   

9.
在有无横向静磁场条件下进行了Cu-10%Ag(质量分数)合金定向凝固实验,研究了横向磁场对Cu-10%Ag合金的宏观组织和微观组织及硬度的影响。发现无磁场条件下,合金晶粒较长,尺寸粗大,初生Cu枝晶臂直径和间距较粗大,取向较好,共晶组织粗大;1T横向磁场条件下,晶粒细化、增多,枝晶臂直径和间距较小,取向消失,共晶组织细化,硬度提高。通过对比有无横向磁场条件下初生Cu枝晶以及共晶组织变化,讨论了横向磁场对初生Cu枝晶及共晶组织的影响机理。  相似文献   

10.
使用高度为50 m的落管研究了Sn-20%(质量分数) Ni包晶合金在重力和微重力作用下的凝固行为。用金相显微镜(OM)观察了合金的凝固组织并使用图像处理软件IPP(Image Pro Plus)统计了样品中的初生相、包晶相以及终凝相的含量,使用能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)仪分析了样品凝固组织中的成分分布和组成相。结果表明,Sn-20%Ni包晶合金的凝固以初生相在固液界面前沿形核、枝晶生长和包晶反应的形式进行,重力对初生相的生成和包晶反应都有显著的影响,在微重力作用下的微观组织配比、分布以及合金元素的分布都与在重力作用下明显不同。在重力的作用下残余初生相的含量和残余初生相和包晶相的总量总是比在重力作用下的低,而包晶相的含量则总是比在微重力作用下的高。同时,样品中溶质元素的分布与残余初生相和包晶相的总量的分布趋势基本一致。结果表明,微重力环境有利于Sn-20%Ni合金初生相的形核和长大,而重力环境则促进包晶反应,其原因与重力导致的浮力对流和晶核沉积有关。  相似文献   

11.
The paper surveys the available literature on the direct influence of microgravity on diffusion in liquid metals, rate of solidification, growth of dendrites, undercooling of liquid metals and alloys and monotectic solidification. Agreement between theoretical predictions and experimental observations is discussed critically and areas requiring further study are highlighted.  相似文献   

12.
Al-Pb-Bi monotectic alloys with three different compositions were melted and solidified under a microgravity environment in the Space Shuttle. The (Pb, Bi) particles were dispersed uniformly in the aluminium matrix, while evident sedimentation was observed in the reference sample processed under 1 G. Slow cooling was also effective to obtain homogeneous microstructure because of the absence of Marangoni force. The alloys were cold-worked into wires and the superconducting properties of the wires were investigated. The distance between (Pb, Bi) fibres for the alloys prepared under microgravity was so small that the wires showed complete zero resistance below 9 K due to the proximity effect.  相似文献   

13.
定向凝固A1-Bi偏晶合金中第二相的粗化行为   总被引:3,自引:0,他引:3  
为了获得第二相弥散分布的偏晶合金,在定向凝固条件下,对Al-Bi偏晶合金的凝固行为进行了研究,考察了第二相体积分数对凝固组织的影响,并对第二相粒子的粗化因素进行了分析.研究结果表明:用定向凝固方法可以制得具有弥散第二相分布的偏晶系Al-Bi合金;在一定的生长条件下,第二相粒子的半径随体积分数的增大而增大;第二相体积分数以及熔体中存在的Stokes流和Marangoni对流是引起第二相粒子粗化的主要因素.  相似文献   

14.
A global thermal model of the ARTEX facility, developed with the modeling tool CrysVUn, is presented. The model is validated with experimental data obtained under microgravity conditions during the TEXUS39 mission. Numerical studies are then reported, in which the effects of a rotating magnetic field are investigated during directional solidification of binary AlSi7 alloys. It appears that beyond a certain magnetic field strength a macrosegregation effect is resulting, leading to the development of a liquid channel inside the mushy zone.  相似文献   

15.
The solidification of Cu-Nb alloys has been studied by a chill casting technique. Formation of small spherical particles, termed spheroids, was observed at compositions of 15 and 20 wt % Nb, and comparison to similar particles found in chill cast Cu-Pb alloys presents evidence that the spheroids are produced by a monotectic reaction. It is shown that the spheroids are induced by oxygen impurities in the alloys and that their formation is also promoted by high solidification rates. A mechanism for spheroid formation is postulated.  相似文献   

16.
Al-Pb轴瓦合金的应用及研究进展   总被引:3,自引:0,他引:3  
分析了Al-Pb合金的国内外发展状况,快速凝固制备技术,材料性能与组成、结构的相互关系.以及Al-Pb合金作为典型偏晶系合金的凝固过程和显微结构。  相似文献   

17.
Immiscible alloys have aroused considerable interest in last few decades due to their excellent physical and mechanical characteristics as well as potential industrial applications. Up to date, plenty of researches have been carried out to investigate the solidification of immiscible alloys on the ground or in space and great progress has been made. It is demonstrated that the continuous solidification technique have great future in the manufacturing of immiscible alloys, it also indicates that the addition of surface active micro-alloying or inoculants for the nucleation of the minority phase droplets and proper application of external fields, e.g., static magnetic field, electric current, microgravity field, etc. may promote the formation of immiscible alloys with an expected microstructure. The objective of this article is to review the research work in this field.  相似文献   

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