不同电压下脉冲电流对纯铝凝固组织的影响

采用储能电容为3640μF的脉冲电源，在不同的充电电压下，对纯铝的凝固过程进行电脉冲处理。结果表明：脉冲电流能够扩大纯铝铸锭的等轴晶区、缩小柱状晶区，并使晶粒尺寸细化。在一定的脉冲电流参数范围内，电流密度增大和脉冲频率升高都有利于金属凝固组织的细化和改善。     

机械振动对ZL201铝合金凝固组织的影响

采用自制的机械振动装置,研究振动频率和浇注温度对ZL201铝合金凝固组织的影响。结果表明:采用机械振动工艺可以使ZL201铝合金获得细小的等轴晶凝固组织。随着浇注温度的逐渐降低,ZL201铝合金凝固组织逐渐得到细化,晶粒尺寸越来越小,而且非常均匀。振动频率的增加有利于ZL201铝合金等轴晶组织的细化。当振动频率为20Hz时,达到共振,振幅最大,晶粒尺寸最细小均匀。     

垂直振动对45钢凝固组织的影响

在凝固过程中对45钢钢液施加机械振动,研究振动参数对钢液凝固组织的影响。结果表明:随着振动频率的增加,铸锭凝固组织的改善程度呈递增趋势,细化率和等轴晶比率都随着振动频率的增加而增加;改变振幅大小,铸锭的等轴晶率与振幅并非呈现出线性递增或递减的关系,铸锭的等轴晶率随着振幅的增加呈现出先减小后增加的趋势;改变振动时间,铸锭的等轴晶率和晶粒细化程度随着振动时间的增加而降低。并分析了产生上述结果的机理。     

功率超声对纯铝凝固组织的影响

对1.5 kg的纯铝熔体进行了功率超声辅助凝固试验,研究了功率超声对不同纯度纯铝凝固组织的影响,并比较了机械搅拌与功率超声的细化效果。结果表明,功率超声可以有效细化w(Al)=99.7%工业纯铝以及w(Al)=99.992%高纯铝的凝固组织。功率超声与机械搅拌相比,所获得的凝固组织更均匀且不易产生铸造缺陷。基于结晶游离理论讨论了功率超声的细化机制。功率超声的空化作用促进了超声耦合头附近液面的异质形核,声流作用则促进了晶粒的游离和沉淀。此二者的综合效应是等轴晶区形成的主要原因。     

化学法对有色金属及合金晶粒细化的研究进展

凝固过程中获得细小均匀的等轴晶组织既可以提高材料的强度和硬度,又可以提高其塑性和韧性。晶粒细化是改善铸件质量和后续加工性能的重要途径,化学晶粒细化法由于在细化过程中操作简单,无需改进实验设备,细化效果良好受到科研工作者的重视。结合作者采用化学法对铝及铝合金、纯镍和纯锡晶粒细化的研究工作,综述几种典型有色金属及合金的晶粒细化剂及细化效果,并总结国内外关于化学法细化晶粒的经典理论。最后,总结并展望了化学法细化有色金属及合金的发展趋势。     

自蔓延高温合成Al-TiC晶粒细化剂及其晶粒细化效果

采用自蔓延高温合成 (SHS)技术直接合成了Al 80 %TiC和Al 5 0 %TiC晶粒细化剂。研究了这两种细化剂的相组成、结构及对工业纯铝的晶粒细化效果 ,并与商用Al 5Ti 1B细化剂进行了对比。结果表明 :合成的细化剂由TiC和α (Al)两相组成 ,TiC粒子的尺寸和分布对细化剂的晶粒细化效果有显著影响。Al 80 %TiC细化剂中TiC粒子尺寸较大 (2～ 5 μm)且呈聚集成团分布 ,其晶粒细化效果较差。合成的Al 5 0 %TiC细化剂的晶粒细化效果略优于Al 5Ti 1B细化剂。加入 0 .1%的该细化剂就能使凝固试样的结构由粗大的柱状晶转变成细小的等轴晶 (平均晶粒尺寸 12 0 μm) ,且这种晶粒细化效果可保持 90min。SEM和TEM分析显示 ,Al 5 0 %TiC细化剂中原位合成的TiC粒子具有亚微米尺寸 (0 .4～ 0 .9μm) ,且在高温铝液中具有较强的稳定性 ,从而赋予该细化剂良好的晶粒细化效果和强的抗晶粒细化衰退能力     

超声振动对304不锈钢窄间隙TIG焊接接头组织和力学性能的影响

针对304不锈钢窄间隙TIG(非熔化极惰性气体保护电弧焊)焊接焊缝晶粒粗大、接头拉伸性能较差等问题，采用将超声振动头施加在试板，在TIG焊接过程引入超声振动的方法对其进行焊接，研究了焊接接头的组织和力学性能。结果表明：引入超声振动后，在热力学和动力学综合作用下，焊缝熔深增加，焊缝区柱状晶向等轴晶转变速率提高，等轴晶占比增多，晶粒细化；与常规TIG相比，引入超声振动后改善了304不锈钢窄间隙焊接接头的焊缝组织，提高了其力学性能，焊缝区的硬度明显提高，接近于母材，焊接接头的抗拉强度和屈服强度也均高于常规TIG焊接接头，伸长率也得到提高；当超声振幅为40μm时，焊接接头的抗拉强度最高，为674 MPa,屈服强度也较高，为376 MPa,断后伸长率为25%。     

机械振动条件下AZ61合金焊接接头组织与性能研究

研究了垂直振动、水平振动和坡口角度对AZ61合金TIG焊接接头组织和力学性能的影响,分析了机械振动的作用机理。结果表明,垂直振动和水平振动条件下,不同坡口角度下的AZ61合金焊缝区等轴晶尺寸都要小于常规TIG焊缝区,且颗粒状β-Mg17Al12相含量相较于常规TIG焊焊缝区有所减小,但是水平振动条件下焊缝区晶粒细化程度略低于垂直振动条件;垂直振动和水平振动焊接条件下热影响区的晶粒尺寸相对常规TIG焊更加细小,但是晶粒尺寸分布并不均匀,且相同坡口条件下热影响区晶粒要明显粗于焊缝区;垂直振动和水平振动条件下,开坡口和无坡口焊接接头的抗拉强度和断后伸长率都要高于常规TIG焊,且垂直振动、坡口角度为25°时,AZ61合金焊接接头具有最佳的强度和塑性结合。     

低压脉冲磁场对纯Al凝固组织和缩孔的影响

研究了不同的脉冲磁场电压、脉冲频率及铸型预热温度对纯铝凝固组织和缩孔的影响.研究结果表明:低压脉冲磁场可使纯铝晶粒细化,等轴晶比例增加,缩孔深度减小;随着脉冲电压、脉冲频率或铸型预热温度的增加,纯铝的等轴晶比例逐渐增大,但当铸型预热温度达到700℃时,等轴晶比例略有减小;同时纯铝的中心缩孔深度逐渐减小,但当脉冲频率超过2.5Hz或铸型预热温度超过500℃时,中心凸起代替中心缩孔.     

含有颗粒团的Al-Ti-C中间合金对镁的细化作用（英文）

制备一种含有Al4C3和Ti C颗粒团的Al-Ti-C中间合金,该合金对纯镁有很好的细化作用。当中间合金加入量为2%时,镁晶粒细化为(110±17)μm的等轴晶。通过分析可知,Al4C3和Ti C组成的颗粒团在细化过程中发挥了重要作用。与单个、光滑的形核颗粒相比,颗粒团上的凹面区域增加了熔体中的液态镁原子向稳定晶核转变的可能性,依附在颗粒团凹面区域尺寸较小的晶胚也可以满足临界形核半径的要求,这使得Al4C3和TiC颗粒团成为镁晶粒更理想的形核基底。     

液态下施加直流电对工业纯铝凝固组织的影响

研究了在不同电流强度、处理时间和铝液处理量下,直流电处理对工业纯铝凝固组织的影响。实验结果表明,液态下施加直流电处理,可以细化工业纯铝的凝固组织,使粗大的柱状晶变为细小的等轴晶。处理参数不同,对铝锭宏观组织的细化程度不同:随着电流强度的增大,晶粒尺寸先减小后增大,当电流强度为20.5 A时,凝固组织基本为细小均匀的等轴晶;处理时间和铝液处理量对直流电处理也有较大的影响,只有在合适的条件下才能得到细小均匀的凝固组织。     

Refinement mechanism of low voltage pulsed magnetic field on solidification structure of silicon steel

The grain refinement of a silicon steel solidified with a low voltage pulsed magnetic field (LVPMF) was investigated by experiments and modeling. The experiment results show that complete fine equiaxed grains are acquired by applying the LVPMF. The effects of process parameters, such as the melt cooling rate and superheating on the solidification structure, were also studied. Complete fine equiaxed grains can be obtained under a larger range of cooling rate or superheating when the LVPMF is applied. The magnetic force and the melt flow during solidification were modeled and simulated to reveal the grain refinement mechanism. The simulation results show that the LVPMF has a double role in electromagnetic convection and electromagnetic vibration on the alloy melt. We propose the refining mechanism: The melt vibration and convection can promote nucleus multiplication, which contributes to heterogeneous nucleation enhancement and leads to a high nucleation rate and grain refinement.     

熔体超声波处理对Al-5%Si铸锭凝固组织的影响

为了研究超声波对金属熔体凝固过程中的影响,使用Al-5%Si合金进行了实验.在实验中采用几种不同的方法处理金属熔体:不添加除气剂、只添加除气剂、既添加除气剂又进行超声波处理.利用克劳修斯-克拉柏龙方程分析了超声波细化金属铸锭凝固组织的机理.结果表明,除气剂的添加与否对Al-5%Si合金铸锭组织的细化没有影响,铸锭由粗大的柱状晶组织构成;采用合适的超声波处理时间,Al-5%Si合金铸锭的等轴晶获得率大幅度提高,可使整个铸锭组织变为细化的等轴晶组织;超声波振动时间过长将导致铸锭内气孔的增加;根据克劳修斯-克拉柏龙方程,某一强度的超声波引起的压力冲击波作用,导致液相转变为固相,引起了超声波的细晶作用.     

Application of cellular automaton–finite element model to the grain refinement of directionally solidified Al–4.15 wt% Mg alloys

Cellular automaton–finite element simulations and Bridgman experiments are used to study the grain refinement of directionally solidified Al–4.15 wt% Mg. The simulations can successfully map the conditions (velocity and temperature gradient) for columnar or equiaxed growth and account for variations in grain size in equiaxed structures. The simulations show that the latent heat released by dendritic solidification gives a quasi-isothermal zone interrupting the temperature gradient. This zone is important in limiting the degree of grain refinement which can be achieved, but also facilitates growth of equiaxed rather than elongated grains. The columnar-to-equiaxed transition is gradual, and its dependence on the addition level of refiner has been characterized. Hunt's model of the transition is supported by microstructural studies of quenched Bridgman samples.     

Al-Si7-Mg消失模振动凝固组织半固态热处理

利用消失模铸造振动凝固技术,得到Al-Si7-Mg合金的近等轴晶组织。在此基础上研究了580℃不同时间保温半固态等温热处理(SSIT)组织中α-Al晶体的形貌与尺寸变化。结果表明:合金580℃保温1h,得到α晶粒的等积圆直径在50~150μm的分布比例达85%,α晶粒圆度均值1.41。通过凝固动力学和热力学分析,得出半固态热处理过程中,低熔点的三元共晶和二元共晶相首先熔化,并随着溶质元素扩散速度的增加,液相不断增多,α晶体形状大小不断改变;当液相率达到平衡之后,α晶粒在界面张力的作用下,不断圆整球化,合并长大。半固态热处理α枝晶演变形式明显不同于等轴晶演变过程。     

旋转磁场对Mg15Al高铝镁合金凝固组织的影响

利用旋转磁场控制Mg15Al二元高铝镁合金凝固过程,以期获得均匀细小的等轴晶,使合金后续的等通道挤压能顺利进行.通过OM、SEM、EDS测试手段研究了旋转磁场对合金凝固组织及溶质分配的影响.结果表明:旋转磁场主要通过与金属液流相互作用引起强烈的旋流而产生搅拌作用来影响合金的温度场与溶质场的分布,故能够显著细化Mg15Al二元高铝镁合金组织中的初晶a-Mg,促进Al在初晶a-Mg中的固溶,但对于在凝固末期才形成的共晶组织而言,由于凝固末期所剩液相形不成有效流动,其形态受旋转磁场影响不大.随励磁电压增大,晶粒细化效果增加,励磁电压为60 V时,晶粒细化效果最佳,A1在初晶a-Mg中固溶量最高,励磁电压继续增加,由于磁场感生热增加将弱化二次冷却,使晶粒细化效果下降.     

电极和保温剂对脉冲电流细化晶粒的影响

在实际的铸造过程中应用脉冲电流要求电极插入熔体中并在熔体的上面覆盖保温剂.为了探明这两个因素对脉冲电流细化组织的影响,采用不同电极或不同保温剂进行了3组实验.通过比较不同条件下得到的凝固组织,发现在脉冲电流作用下电极和保温剂都对凝固组织的细化有明显的影响.进一步的分析表明,液面在凝固组织的细化中起到了关键性的作用,而且结果也支持了在脉冲电流作用下等轴晶主要来自液面的观点.     

电磁搅拌对水平连铸奥氏体不锈钢组织的影响

研究了低频旋转型电磁搅拌对水平连铸奥氏体不锈钢凝固组织的影响。结果表明，在低频电磁场作用下，合适的电磁搅拌参数使奥氏体不锈钢宏观组织在一定程度上得到了明显改善，铸坯的柱状晶和等轴晶得到了显著的细化，消除了穿晶现象，等轴晶区扩大，中心缩孔、疏松级别明显降低；多次试验发现，对于奥氏体不锈钢，所需的搅拌强度应高于一般钢种，即使搅拌器的中心磁感应强度平均值达90mT（幅值达到141mT），当频率为3-4Hz时，搅拌后对钢液的组织影响较小。