K4169高温合金凝固晶粒组织的计算机模拟

采用热熔法处理结晶清热的二维不稳定热导方程模拟凝固温度场，利用连续形核模型和技晶尖端生长的动力学模型，即KGT模型模拟K4169高温合金晶粒组织的形成，将凝固温度场的模拟和晶粒组织形成的模拟相耦合，计算了该合金的凝固晶粒组织特征值，包括晶粒密度和平均晶粒尺寸，并在计算机上实现了凝固晶粒组织的可视化。与试验结果进行比较后表明，模拟结果与试验结果符合较好。     

大体积K4169高温合金深过冷及其组织均匀性的研究

本文在传统深过冷工艺的基础上,通过对传统工艺中B2O3玻璃净化法和循环过热方法的改进,可使较大体积K4169高温合金稳定地获得200K以上过冷度,其中100g合金熔体的最大过冷度达281K。采用ANSYS软件模拟了100gK4169高温合金冷却过程中熔体温度场的分布,熔体形核前最大温差仅为14K。在此基础上观察合金不同部位的凝固组织,发现组织随着形核温度的升高而增大。总体来看组织只有微小差别,其平均晶粒尺寸为12?2μm,与模拟结果相吻合。     

喷射成形中金属液滴凝固过程的计算机模拟

在群体动力学方法的基础上，提出了描述合金雾化液滴凝固过程动力学的数学模型，并将其与液滴的传热方程和运动方程相耦合，对A1—4．5％Cu(质量分数)合金液滴的冷却凝固过程进行了分析．结果表明，液滴冷却至一定温度时开始形核，随后晶粒长大；在形核过程中，晶粒尺寸分布区间较宽，形核后晶粒尺寸分布区间逐渐减小；液滴直径越小，冷却速度越快，晶粒数量密度越大，凝固结束时晶粒越细小．     

Fe-Ti-N形核合金对工业纯铁凝固组织的细化作用

通过在铁钛熔体中引入氮气,制备了形核Fe-Ti-N合金.扫描电镜和能谱仪观察结果表明,该形核合金中均匀分布着大量的TiN粒子.应用该形核合金对熔态工业纯铁进行凝固组织细化实验,结果发现,添加2wt%合金后,纯铁铸锭的等轴晶区比例从30%提高到60%,平均晶粒尺寸从700μm降低到400μm.     

大体积K4169高温合金深过冷及其组织均匀性的研究（英文）

在传统深过冷工艺的基础上,通过对传统工艺中B2O3玻璃净化法和循环过热方法的改进,可使较大体积K4169高温合金稳定地获得200 K以上过冷度,其中100 g合金熔体的最大过冷度达271 K。采用ANSYS软件模拟了100 g K4169高温合金冷却过程中熔体温度场的分布,熔体形核前最大温差仅为14 K。在此基础上观察合金不同部位的凝固组织,发现组织随着形核温度的升高而增大。总体来看组织只有微小差别,其平均晶粒尺寸为12±2μm,与模拟结果相吻合。     

电磁场下近液相线高温合金熔体处理非枝晶组织的形成

采用电磁场近液相线熔体保温工艺对Ni-20Cr-18W(质量分数,%)高温合金进行处理,获得了平均晶粒尺寸d=127μm,凝固组织为球状晶粒的60 kg铸锭.借助于OM,SEM和EBSD等手段,针对所获得的电磁场对原子团簇、界面稳定化以及树枝晶向球状晶转变的研究结果,从形核热力学方面对近液相线处理后高温合金铸锭晶粒细化机制进行了研究.结果表明:该工艺能够细化凝固组织;其细化机制为原子团簇与球晶分别作为后续凝固过程中的形核核心,促进凝固过程中晶粒形核,细化组织.此外,在改善熔体宏观温度场均匀性的基础上,电磁场促进了球晶稳定化以及树枝晶向球状晶的转变,并提高其形核率.     

不同超声功率下半连续铸造7050铝合金凝固组织的实验与模拟研究

运用实验和计算机模拟的方法,研究了不同超声功率作用下半连续铸造7050铝合金凝固组织的变化规律。结果表明,超声功率越大,合金的晶粒细化效果越显著;计算机模拟得到的合金铸锭晶粒尺寸与试验结果基本一致。     

基于CAFE模型的镍基合金定向凝固过程显微组织模拟

采用CAFE模型(Cellular automata finite element method)模拟第二代镍基高温合金CMSX4凝固过程中的晶粒生长,并探讨浇注温度和冷却速度对凝固组织的影响。结果表明:凝固开始时,首先在铸锭底部会形成一层取向随机的细小等轴晶,由于晶粒间的竞争生长,晶粒数目减小,晶粒尺寸增大,?001?晶向与热流方向偏离角较大的晶粒逐渐被偏离角较小的晶粒淘汰。浇注温度的提高会使晶粒尺寸变大、晶粒数目变小,而冷却速度的升高却会使晶粒尺寸变小,与理论分析一致。     

脉冲电流对Al及Al-5.3%Zn合金宏观组织的影响

研究脉冲电流作用下凝固的纯Al及Al-5.3%Zn合金的宏观组织变化.实验表明:脉冲电流能够对纯Al及Al-5.3%Zn合金中晶粒的形状和尺寸产生比较显著的影响.与未施加脉冲电流相比,晶粒得到细化、等轴化.脉冲电流作用下剧烈的强迫对流促进晶粒从型壁上游离,增加金属熔体的形核率,晶粒得到细化.     

自孕育剂参数对自孕育铸造法制备AM60镁合金半固态浆料的影响(Ⅱ)

采用加入与母合金液具有相同成分的自孕育剂方法,研究孕育剂参数(孕育剂加入方式、孕育剂尺寸、孕育剂加入量和孕育剂组织)对AM60镁合金组织细化的影响。结果表明:加入自孕育剂后,熔体经导流器浇注到铸型中,可以明显细化AM60镁合金的组织。当孕育剂加入量为11%(质量分数)时,效果最好,平均晶粒尺寸仅为43.4μm,且分布均匀。孕育剂的原始组织对合金凝固组织有明显的影响,孕育剂本身的组织越细小,合金凝固组织越细小。孕育剂的加入使合金液中形成大的能量起伏和成分起伏,在合金凝固过程中起到吸热、形核、促进凝固和阻止二次相连续长大的作用,有助于形成细晶组织。     

Al—Cu合金等轴枝晶组织形成的模拟及计算机可视化

通过解用热焓法处理结晶潜热的二维不稳定热传导方程模拟凝固温度场,利用连续形核模型和枝晶尖端生长的动力学模型,即KGT模型模拟Al-4%Cu合金等轴晶的形成,将凝固温度场的模拟和晶粒组织形成的模拟相耦合,计算了该合金的凝固等轴晶组织特征值,包括晶粒密度和平均晶粒尺寸,并在计算机上实现了晶粒形成过程的可视化;与实验结果进行比较表明,模拟结果与实验结果基本吻合。     

Cu-13.5%Sn合金雾化液滴凝固过程模拟

在群体动力学的基础上,提出了描述Cu-13.5%Sn（质量分数）合金雾化液滴凝固过程的动力学模型;并将其与液滴的传热方程和运动方程相耦合,对雾化液滴的冷却凝固过程进行了模拟分析,探讨了液滴尺寸、气体初始速度、熔体过热度和初生相与异质形核基底间润湿角对液滴凝固行为的影响.模拟结果表明：本模型能够很好地描述雾化液滴的凝固过程;液滴冷却至一定温度开始形核,随后晶粒长大;液滴直径越小,冷却速度越快,液滴内晶粒数量密度就越高,凝固结束时晶粒亦越细小.形核润湿角和熔体过热度的增加,导致液滴内晶粒数量密度降低,晶粒半径增大;而气体初始速度的增加,有利于液滴内晶粒细化.     

SiC颗粒参与下快冷镁合金异质形核与高温晶粒长大

采用铜模喷铸与高温退火相结合,研究快冷AZ91+Si C合金组织细化与高温晶粒长大,揭示Si C颗粒对亚快速凝固镁合金异质形核及热稳定性的影响。结果表明:Si C可促进亚快速凝固过程中异质形核,阻碍凝固界面迁移,显著细化喷铸合金组织。400℃等温退火后,组织从枝晶向等轴晶转变并发生明显晶粒长大,快冷AZ91合金保温8 h后平均晶粒尺寸达78μm。添加2%Si C后,晶粒长大得到有效控制,8 h退火处理后平均晶粒尺寸仅为22μm。Si C的存在提高了基体中晶格畸变,退火组织中析出层片状与粒状共存的沉淀相。晶粒细化及Si C的添加提高了快冷镁合金显微硬度。随退火时间延长,合金硬度下降。沉淀相的析出导致AZ91+2%Si C合金硬度增加,最高可达111HV,比AZ91合金的硬度提高63.2%。     

Ag-Ni偏晶合金凝固过程研究

对Ag-Ni偏晶合金开展了快速/亚快速凝固实验,获得了富Ni相粒子均匀弥散分布于Ag基体的合金样品,Ag-Ni合金显微硬度随着合金Ni含量增加和试样凝固过程冷却速率升高而增大,当Ag-4.0%Ni合金液-液相变开始阶段熔体冷却速率达1800 K/s时,其显微硬度接近粉末冶金生产的Ag-10.0%Ni片状电触头的硬度。建立了描述Ag-Ni合金凝固组织演变的动力学模型,模拟计算了Ag-Ni合金凝固组织形成过程,分析讨论了合金成分和试样直径(冷却速率)对Ag-Ni合金凝固组织形成过程的影响。结果表明:富Ni相液滴/粒子形核阶段熔体的冷却速率对合金凝固组织弥散度具有决定性影响;合金的Ni含量越高、试样冷却速率越低,凝固组织中富Ni相粒子平均尺寸越大;Ag-Ni合金熔体冷却凝固时,富Ni相液滴/粒子的尺寸主要受形核和长大控制,Ostwald粗化作用很弱。     

亚快速凝固Mg7Zn3Y（-Zr）合金的组织演化及凝固动力学

研究了亚快速凝固Mg7Zn3Y(-Zr)合金的组织特征及凝固行为.亚快速凝固合金由α-Mg固溶体和在晶界处呈网状分布的三元化合物相组成,包含α-Mg,Mg3Y2Zn3和Mg3YZn6相,没有常规凝固合金中"鱼骨状"层片共晶组织,亚快速凝固合金的晶粒尺寸显著减小. Zr使常规凝固合金的晶粒明显细化,而亚快速凝固使Zr的细化作用被抑制,α-Mg基体的形态由树枝状趋于等轴化.提高冷速或加Zr没有改变合金的相组成,但亚快速凝固合金增加了Mg3Y2Zn3和Mg3YZn6相的总量.结合瞬态形核理论和稳态形核及生长理论,探讨了合金在亚快速凝固条件下的相选择及凝固动力学.     

恒定磁场作用下Al-Pb偏晶合金凝固过程研究

以Al-Pb偏晶合金在恒定磁场下的凝固过程为研究对象,实验分析了不同强度恒定磁场、不同定向凝固速度条件下,磁场强度、凝固速度和合金成分对弥散相液滴形核率及平均尺寸的影响,并模拟了凝固组织演变过程,得到了恒定磁场对偏晶合金凝固的影响机理。     

快速冷却条件下Cu-Co合金的凝固

利用气体雾化方法研究了Cu-20%Co(质量分数)合金的快速凝固行为,获得了富Co相以微细球形粒子形式分布于基体的合金粉末.建立了Cu-Co雾化液滴快速凝固过程模型,模拟分析了雾化液滴凝固的动力学细节.结果表明:所建模型能很好地描述Cu-Co合金雾化液滴冷却凝固过程;液一液相变过程中组织演变是弥散相液滴形核、长大,碰撞凝并和空间迁移共同作用的结果;雾化液滴尺寸越大,冷却越慢,富Co相液滴的形核速率越低,凝固后富Co相的弥散度越差.     

基于华铸CAE的铝合金元胞自动机晶粒模拟研究

为了快速得到凝固过程中介观晶粒组织演化结果,基于华铸CAE宏观温度场模拟结果,采用CA方法对介观晶粒的形核和生长过程进行了模拟研究,并通过框形铸件对模型进行了验证。结果表明,冷却速度较快时晶粒密度较大,冷却速度较慢时晶粒密度较小;模拟得到的晶粒尺寸分布基本满足正态分布规律;框形铸件晶粒组织模拟结果与试验金相结果符合较好。     

母合金成分对受控扩散凝固铸造ZA27合金组织的影响

采用受控扩散凝固技术铸造ZA27合金,研究了母合金成分对受控扩散凝固铸造ZA27合金组织的影响。结果表明,受控扩散凝固能够细化ZA27合金的组织,改善组织形貌。随着母合金2(Al-Zn-Cu-Mg合金)中Zn含量的增加,母合金1(纯Zn)对母合金2的激冷与对流搅拌作用减弱,受控扩散凝固技术对ZA27合金组织的影响减弱。当母合金2中Zn含量为0时,晶粒尺寸最小,仅为95.9μm,呈不规则的颗粒状;母合金2中Zn含量为10%时,晶粒尺寸为103.8μm,开始出现等轴晶;母合金2中Zn含量为30%时,晶粒尺寸达到137.3μm,略小于ZA27合金传统铸造的145.6μm,出现树枝晶;当母合金2中Zn含量达到40%时,晶粒尺寸达到145.4μm,受控扩散凝固技术对ZA27合金组织的影响基本消失。     

镁合金细化剂Al-5Zr-1B合金的组织与细化性能

采用K2ZrF4和KBF4混合粉末与铝熔体直接反应制备镁合金晶粒细化剂Al-5Zr-1B合金,利用光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电镜,研究了Al-5Zr-1B合金的显微组织及其对纯Mg和AZ31镁合金的晶粒细化作用。结果表明:Al-5Zr-1B合金中含有大量细小的ZrB2粒子,平均尺寸为0.2μm,ZrB2粒子作为异质形核核心使纯Mg和AZ31镁合金晶粒得到细化。随着Al-5Zr-1B合金添加量的增加,纯Mg和AZ31镁合金的晶粒尺寸逐渐减小。添加0.3%(质量分数)的Al-5Zr-1B合金,可使纯Mg晶粒从1400μm细化到120μm。添加0.6%的Al-5Zr-1B合金,可使AZ31镁合金晶粒从170μm细化到45μm。