定向凝固恒速和跃迁加速下Cu-12.58%Mg过共晶合金的凝固组织演变

在定向凝固恒速和跃迁加速下,研究了Cu-Cu2Mg过共晶合金中Cu2Mg初生相和共晶组织的变化。结果表明,在定向凝固速率5～100μm／s下,Cu2Mgg初生相领先共晶组织生长,生长方向与定向凝固方向一致,界面形态从侧枝较少的树枝晶变为间距较小的细枝晶形态。在定向凝固速率从2μm／s跃迁加速到20μm／s下,生长Cu2Mg初生相枝晶有的被抑制停止生长,有的出现细化,面共晶组织细化是通过层片中Cu相分枝进行的。研究表明,通过定向凝固跃迁加速工艺方法,可使Cu—Cu2Mg共晶组织层片间距更加细化。     

NiAl-W共晶定向凝固组织控制与W介纳米丝形貌

在300 K/cm 的温度梯度条件下,实施不同抽拉速率下的NiAl-1.5at%W共晶合金定向凝固,分析研究抽拉速率对W纤维相相间距、纤维相尺寸的影响规律,并使用盐酸双氧水溶液对NiAl基体进行选择性溶解,制备出当量直径小于500nm的钨纤维丝束。研究结果表明：随着抽拉速率的增大,W纤维相截面形状圆度增加, W纤维相相间距和W纤维相截面当量直径均减小,两者的比值在6.12到7.54之间,经选择性溶解获得W纤维具有多样的三维形貌,呈现出薄带状、珍珠串状和搭接状,发现其形貌与抽拉速率有关。     

Al-40%Cu合金定向凝固过程中的微观组织分析

采用连续切片技术对Al-40%Cu过共晶合金在定向凝固过程中初生Al2Cu相的三维微观组织进行了研究,探讨了三维共晶组织在定向凝固速率跃迁条件下的演变机制和间距调节机制。结果表明:A1-40%Cu合金在定向凝固过程中,抽拉速率发生跃迁后,三维共晶组织中的层片组织转变为棒状组织,共晶组织是通过三维空间下非同一平面的分叉和分枝行为连续调整组织间距。     

NiAl-1.5at%W共晶合金定向凝固组织控制与W介纳米丝形貌

在300 K/cm的温度梯度条件下,实施不同抽拉速率下的Ni Al-1.5at%W共晶合金定向凝固。分析研究抽拉速率对W纤维相相间距、纤维相尺寸的影响规律。并使用盐酸双氧水溶液对Ni Al基体进行选择性溶解,制备出当量直径小于500 nm的钨纤维丝束。结果表明:随着抽拉速率的增大,W纤维相截面形状圆度增加,W纤维相相间距和W纤维相截面当量直径均减小,两者的比值在6.12到7.54之间。经选择性溶解获得的W纤维具有多样的三维形貌,呈现出薄带状、珍珠串状和搭接状,发现其形貌与抽拉速率有关。     

纤维尺寸和界面形态对定向凝固NiAl-Mo共晶合金电化学腐蚀性能的影响

由于凝固组织对腐蚀有着重要的影响,本文主要目地获取最优组织形态和电化学参数生产钼纳米丝。研究表明NiAl-Mo共晶合金定向凝固下,组织由基体NiAl相和纤维Mo相共生耦合生长。随着抽拉速率从10 μm/s增大到40 μm/s时,纤维尺寸从800 nm减小到300 nm,界面形态也从平界面变化成胞界面。同时在0.1 M HCl电解液下测量其极化曲线,发现凝固速率为20 μm/s时耐腐蚀性能最好。对于NiAl-Mo共晶合金,影响电化学腐蚀性能不仅仅是纤维尺寸,而且还取决于界面形貌。为了更进一步研究界面形态对腐蚀的影响,本文设计了跃迁变速实验,实验表明定向凝固组织形貌会随着变速比的增大从平界面变成胞界面最后变成枝界面,然而最后的纤维尺寸和变速比无关,和恒速抽拉相同。极化曲线表明平界面有着最好的耐腐蚀性能。     

纤维尺寸和界面形态对定向凝固NiAl-9Mo共晶合金电化学腐蚀性能的影响（英文）

由于凝固组织对腐蚀有着重要的影响,本文主要目地获取最优组织形态和电化学参数生产钼纳米丝。研究表明NiAl-Mo共晶合金定向凝固下,组织由基体NiA l相和纤维Mo相共生耦合生长。随着抽拉速率从10μm/s增大到40μm/s时,纤维尺寸从800 nm减小到300 nm,界面形态也从平界面变化成胞界面。同时在0.1 mol/L HCl电解液下测量其极化曲线,发现凝固速率为20μm/s时耐腐蚀性能最好。对于NiAl-Mo共晶合金,影响电化学腐蚀性能的不仅仅是纤维尺寸,还取决于界面形貌。为了更进一步研究界面形态对腐蚀的影响,设计了跃迁变速实验,实验表明定向凝固组织形貌会随着变速比的增大从平界面变成胞界面,最后变成枝界面,然而最后的纤维尺寸和变速比无关,和恒速抽拉相同。极化曲线表明平界面有着最好的耐腐蚀性能。     

激光悬浮区熔Al2O3基共晶自生复合材料微观组织与力学性能

采用激光悬浮区熔定向凝固方法制备了高致密度Al₂O₃/YAG/ZrO₂共晶自生复合陶瓷材料,研究多元复相陶瓷在高温度梯度、不同生长条件下的凝固组织形态演化规律,定量表征凝固速率与氧化物陶瓷共晶间距的关系,在此基础上,考察其力学性能并分析凝固组织与断裂韧性的关系.研究结果表明:激光悬浮区熔Al₂O₃/YAG/ZrO₂三元自生复合材料呈现与热流方向平行、定向性良好的非规则层片共晶形貌,共晶组织随凝固速率的增大而快速细化,凝固速率为200μm/s时,最小层片间距达到0.46μm.平均层片间距λav与凝固速率V之间符合关系:λ_avV^0.5=12.4μm^1.5·s^-0.5,且明显小于同等凝固速率条件下Al₂O₃/YAG二元共晶的平均层片间距.Al₂O₃/YAG/ZrO₂三元共晶平均硬度为（19.0±1.0）GPa,室温断裂韧性为（3.31±0.2）MPa·m^1/2.与二元共晶相比,裂纹捕获、偏转以及共晶相热胀系数失配是三元共晶室温断裂韧性提高的主要原因.     

定向凝固共晶生长的元胞自动机数值模拟

本文在已有的二元初生相元胞自动机（CA）方法的基础上,针对二元共晶凝固过程提出了改进的元胞自动机（MCA）模型.该模型考虑成分过冷和曲率过冷对界面形态的影响,通过界面溶质浓度守恒来获得共晶α相和β相生长速率,模拟了层片的湮灭、分叉与稳态生长.为了验证模型的可靠性,对常见的CBr₄-C₂Cl₆共晶透明合金进行了模拟,研究了抽拉速率对共晶层片间距大小的影响,模拟结果与文献中的实验结果吻合良好;同时模拟了共晶层片间距调整过程的形貌演化以及层片振荡不稳定性现象.本文将MCA模型扩展到三维定向凝固过程中,研究了共晶形态的层棒状转变机制.     

定向凝固Al2O3/YAG共晶自生复合材料的组织形态及非规则共晶生长

采用激光区熔定向凝固技术制备了Al2O3/Y3Al5O12(YAG)共晶自生复合材料.利用SEM,XRD,EDS及TEM对共晶形貌特征、相组成、界面结构.组织演化及相析出规律进行了研究;利用分形维数对非规则微观组织形态进行了定量表征.在此基础上,分析讨论了氧化物共晶的非规则共晶生长机制.结果表明: Al2O3/YAG共晶自生复合材料由无规则均匀分布的Al2O3和YAG两相组成,两相之间相互交错,耦合生长,呈象形文字结构;凝固过程中,YAG相作为领先相析出;随扫描速率增大,共晶间距高度细化,最小层间距为0.2 靘;在低扫描速率下,共晶组织属典型的层片状非规则共晶组织,具有明显的分形特征,当扫描速率达到2000 靘/s时,出现胞状和树枝状组织,组织分形特征减弱;共晶两相高的熔化熵及激光快速凝固大的动力学过冷导致的小平面/小平面共晶生长是形成复杂非规则共晶组织的主要原因.     

定向凝固Al-40%Cu共晶合金的组织特性

利用垂直Bridgman法结合液态金属冷却法在恒定的液相温度梯度(GL=250 K/cm),凝固速率由2μm/s到490μm/s之间对Al-40%Cu合金进行定向凝固实验。结果表明:Al-40%Cu合金在低速下组织为全耦合的片层共晶结构,但当速率增加时,合金组织中出现一定量的初生Al2Cu相,凝固速率对合金共晶片层间距的影响通过实验结果分析。在实验的定向凝固速率范围内,发现平界面和胞状界面生长的两种共晶界面形态,并且不管是在哪种共晶界面形态下,共晶层片间距和凝固速率的关系都符合函数关系:λ2ν=常数,利用JH模型计算得到常数C的值为12.85μm3/s。     

纵向强磁场对MnBi/Bi共晶定向凝固组织的影响

进行了纵向强磁场下MnBi／Bi共晶定向凝固实验研究，并从热力学的角度分析了强磁场对MnBi／Bi共晶定向凝固组织的影响，发现磁场有利于纤维状MnBi／Bi共晶定向凝固组织的形成，扩大了形成纤维状共晶组织的速度范围；在同一生长速度下随着磁场强度的增加，MnBi／Bi共晶纤维组织变得更加规则，MnBi纤维粗化，纤维间距增大；而且强磁场的施加，使MnBi的形态发生了变化，小平面生长特性增强。     

Solidification microstructures in a short fiber reinforced alloy composite containing different fiber fractions

Al2O3 short fiber reinforced aluminium alloy has a lot ofsuperior properties, including low weight, low thermalexpansioncoefficient,highstrength-to-weightandstiffness-to-weight ratio, high-temperature resistance, high corrosionresistance and so on. All these excellent propertiespromise the material a good application perspective in theaerospace automotive, and mechanical engineering areas.Despite the widespread application of the material,however, there have, as yet, been few reports available…     

Microstructure and mechanical properties of AlCuFe eutectic alloy

In the production of AlCuFe alloy for a special application, the growth rate was changed and the results were evaluated. Changes in the eutectic spacing (microstructure) of a material due to the growth rate are known to affect its mechanical, electrical and thermal properties. To evaluate its microstructure, the eutectic composition of Al-32.5wt.%Cu-0.5wt.%Fe was prepared and directional solidification experiments were conducted using a Bridgman-type furnace at a constant temperature gradient (G=8.50 K/mm) and five growth rates (V=8.25, 16.60, 41.65, 90.05, 164.80 μm/s). The effect of the growth rate on the eutectic spacing was then determined, and the resulting microhardness and ultimate tensile strength were obtained based on the change in the microstructure by regression analysis and Hall-Petch correlations. Despite the fact that the growth rate increased by approximately twenty times, the eutectic spacing decreased by a factor of approximately 5, and these changes in the growth rate and microstructure caused the mechanical properties to change by a factor of approximately 1.5.     

定向凝固Al-40%Cu合金三维微观组织重构及共晶间距演变

本文利用连续切片技术研究了定向凝固Al-40%Cu过共晶合金中金属间化合物Al₂ Cu初生相的三维微观组织,以及抽拉速率跃迁下,三维共晶组织形态的演变和间距调整.结果表明:抽拉速率为5μm/s时,初生Al₂Cu三维组织沿生长方向存在棱面和棱角,表现出明显的棱面相生长形态;凝固过程中初生Al₂Cu相释放的结晶潜热使得生长界面发生局部重熔,三维组织中出现孔洞,形成拓扑缺陷.在Al-40%Cu合金三维共晶组织中,Al₂Cu相和Al相的体积分数分别为56.8%和43.2%,且Al₂Cu相的生长方向与试样轴向夹角为5.1°.当抽拉速率从2μm/s突然跃迁到500μm/s时,三维共晶组织形态从层片向棒状转变,这种转变不是由合金中两相体积分数变化造成的.三维共晶组织间距调整机制不同于二维组织中的分叉、内凹和界面重新形核,而是通过三维空间非同一平面连续的分叉、分枝进行,在三维下并没有观察到二维下的重新形核共晶间距调整机制.     

Effects of boron on the microstructure and thermal stability of directionally solidified NiAl–Mo eutectic

Microalloying with 0.01 at.% B decreases the range of growth speeds over which a well-aligned fibrous eutectic microstructure can be obtained in directionally solidified NiAl–Mo. Compared to the undoped alloy, the size/spacing of the Mo fibers is larger, and the fiber density smaller, in the B-doped alloy. Annealing at 1400 °C coarsens the fibers by a mechanism involving fault migration and annihilation driven by diffusion along the fiber–matrix interface. The coarsening kinetics, given by the decrease in Mo fiber density with time, is exponential, and microalloying with B decreases the coarsening rate.     

NiAl-Mo共晶复合材料定向凝固组织特性研究

采用定向凝固技术制备出两种不同成分的NiAl-Mo共晶复合材料,研究在不同抽拉速率下该合金的凝固组织特性.结果表明:46.59Ni-45.61Al-7.8Mo(at%,下同)合金在不同抽拉速率下都形成了亚共晶组织,初生的NiAl相呈树枝晶状,并且随着抽拉的进行,优先生长方向与热流方向不一致的枝晶被逐渐淘汰;随着抽拉速率的增加,NiAl相的枝晶间距也不断的减小.44.86Ni-46.3Al-9.01Mo合金在不同抽拉速率下皆形成以棒状Mo相镶嵌在NiAl基体中的共晶组织,随着抽拉速率的增加,Mo相的平均直径和平均棒间距有越来越小的趋势,在抽拉速率达到14 mm/h以上时,Mo相由连续的、排列均匀的棒状变为断续的、排列不均匀的棒状.     

氧化铝纤维对锌合金复合材料凝固组织的影响

利用挤压铸造制备了氧化铝纤维增强锌合金复合材料，研究了氧化铝纤维对锌合金复合材料凝固组织的影响。结果表明，在复合材料中，纤维与基体间存在致密界面层，合金元素通过适当的化学反应可改善纤维与基体的结合；在凝固过程中，氧化铝纤维可作为锌合金共晶体非自发形核的衬底，纤维／基体界面上的硅在共晶体的共生生长过程中起了领先相作用，导致复合材料的共晶转变由铝硅共晶转变和锌铝共晶转变两者组成     

非平衡凝固条件下Zn-5Al合金的组织形成

对Zn-5Al合金采用液淬凝固和定量金相统计试验,考察了合金在非平衡冷却凝固过程中组织的形成和转变。研究表明:合金在非平衡凝固下析出初生富铝相α,它随着冷却速度的提高是逐渐减少的;初生相逐渐从胞状向树枝状转变。Zn-5Al合金在非平衡凝固条件下因析出初生相而获得亚共晶组织,冷速较大时共晶组织皆无明显的共晶核心,并且共晶层片组织逐渐变细,有的甚至无法看到,只有在共晶团搭界处才可看出明显的层片,共晶团内部的共晶层片基本呈无序状态。通过对本试验结果探讨,定性得到了锌铝合金共晶共生区相图,为以后研究Zn-5Al合金在非平衡凝固条件下凝固结晶提供了一些参考。     

Solidification and segregation behaviors in 6061 aluminum alloy

The characteristics of a solid/liquid interface established during directional solidification were investigated in a 6061 aluminum alloy (Al6061 alloy) in which interface patterns, such as planar, cellular and dendritic, form in the mushy zone. Directional solidification experiments were carried out in alumina tubes with an inner diameter of 5 mm to obtain the different microstructures for varying growth rates under an imposed thermal gradient of 9.45 K/mm. As a consequence, primary arm spacing, secondary arm spacing and the length of primary arm were measured for steady-state growth conditions. Furthermore, the solute concentration profiles for the final solidification region were obtained using a SEM-EDS system in order to examine the segregation behaviors of alloying elements. Therefore, it was found that the degree of segregation in the Al6061 alloy was dependent on the growth rate under given solidification conditions, that is, the elemental segregation became more severe with increasing growth rate in the interdendritic region.