包晶合金的定向凝固与生长

综述了包晶合金定向凝固中包晶相的形核与生长机制，讨论了利用最高界面生长温度假设以及成分过冷和充分形核判据下包晶合金的微观组织与相选择规律，对包晶相的3种生长机制进行了分析，并在Sn-Cu包晶合金定向凝固实验中发现其包晶反应不仅存在于凝固界面处，在后续冷却过程中也能进行，最后针对国内外包晶合金定向凝固研究的现状，提出了其需要进一步研究的问题。     

马氏体耐热钢中Laves相的析出行为

为研究马氏体耐热钢中的Laves相析出行为及对蠕变强度影响,利用透射电镜对全马氏体组织和含少量高温δ铁素体的马氏体组织中的Laves相进行观察与分析,研究不同组织中Laves的析出行为以及蠕变温度与应力对Laves相形貌和尺寸的影响。结果表明:在全马氏体组织中,观察到Laves相有两种形核机制,一种是在晶界上单独形核并长大,另一种是在毗邻M23C6碳化物处形核并长大;在含高温δ铁素体的马氏体组织中,Laves相则会优先在高温δ铁素体内形核,且温度和应力促进了Laves相的形核和长大。     

孕育形核处理对金锡共晶合金铸态凝固组织的影响

研究了添加微量Au或Sn作为孕育形核剂进行孕育形核处理对金锡共晶合金Au20Sn铸态凝固组织的影响。结果表明:添加微量Au或Sn进行孕育形核处理均将显著改善金锡共晶合金铸态凝固组织,特别是改变了初生相的结构、形貌和尺寸。初生相的结构由传统凝固组织中的’-Au5Sn相改变为-AuSn相,初生相的形貌和尺寸由粗大且分布不均的树枝状改变为细小且分布较为均匀的棒状或卵状,而且添加微量Sn比添加微量Au孕育形核处理后得到的凝固组织中初生相更趋均匀;同时,孕育形核处理也细化了共晶层片组织,共晶团的平均尺寸明显减小。     

磁循环处理对珠光体相变的诱发作用

对硅锰铸钢在A1点以上温度进行磁场等温处理诱发珠光体(P)相变的可能性进行了研究,探讨了P形核位置、领先相、核心形态及长大方式.结果表明,①磁场可在A1点以上的温度诱发P,随着磁场作用时间的延长,所诱发的P量的增加主要是P团长大所致,存在一定数量具铁磁性的先共析相、磁场作用时间及其强度的大小是决定在A1以上温度诱发P量的关键因素;②初期形成的P形态并不都呈现出两组成相的平行排列,而是受在晶粒交叉部位、晶界处优先形核的先共析相铁素体(F)形态的限制;③在P形核与长大过程中,P片间距并不是常数,F与渗碳体(Cm)的宽度均下降,降速以Cm为快;④P中Cm可在F片内沉淀析出.Cm的形核与长大速度是制约P形成的主要因素.     

多相竞争形核对相结构和过冷度的依赖性

采用经典形核理论与负熵模型相结合,研究了多相竞争形核对竞争相的结构和过冷度的依赖性.通过对Fe70Co30合金熔体中的两个竞争相b.c.c相和f.c.c相的界面能、体积自由能差和临界形核功的计算,并结合已有的试验结果进行了分析.结果表明,存在两相或多相竞争形核的金属熔体中存在着一个临界温度Tc.当熔体温度T＞Tc时,稳定相将优先形核;而当熔体温度T＜Tc时,亚稳相将优先形核.     

Precipitate Evolution in Mg-6 wt%Zn-1 wt%Mn Alloy

通过透射电子显微技术（TEM）研究了Mg-6 wt%Zn-1 wt%Mn (ZM61)合金在单级和双级时效过程中过渡相β1'和β2'的演变规律以及β1'杆状相在α-Mn颗粒上异质形核的原因。ZM61合金在不同温度的硬化曲线（130、160、180、200、230 ℃）均表明：与单级时效相比,双级时效的硬化效果更好同时硬化速率更快。由于β1'杆状相的表面能和形核能垒均小于β2'盘状相,因此,峰时效之前主要发生β1'杆状相的快速形核和伸长;β1'杆状相体积分数的增加在带来硬度增加的同时也提升了体系的应变能,β2'盘状相取代β1'杆状相可以释放这一累积的应变能,因而过时效阶段主要发生β2'盘状相对β1'杆状相的逐步取代。ZM61合金在预时效后（90 ℃/24 h）,组织中存在高弥散度的G. P. 区（~10 nm）,它们可以作为第二级时效过程中β1'杆状相的形核核心,从而大幅提升了杆状相的弥散度。由于β1'杆状相在α-Mn颗粒上异质形核可以形成β1'/α-Mn共格界面,取代之前的非共格的α-Mn/α-Mg界面,从而有效降低了体系的界面能,因此时效态组织中普遍存在β1'杆状相在α-Mn颗粒上异质形核的现象     

过共晶铝硅合金中初晶硅复合异质形核的研究

采用磷变质细化过共晶铝硅合金中的初晶硅相,并对工业熔体中存在的多种粒子进行研究。结果表明,在过共晶铝硅合金中存在多种异质粒子(如Al P和Si O2)及复合异质粒子[如Al P/Si O2和Al P/(Al2O3+Si O2)]等多种形核中心,这些粒子都能为初晶硅相形核提供固相衬底。在工业合金熔铸过程中,需综合考虑多种粒子的异质形核作用。     

马氏体相变理论研究的最新进展

马氏体相变的切变机制存在误区,研究马氏体相变的形核、长大、组织形貌及亚结构等具有重要理论价值和实际意义。本文综合整理了近年来马氏体相变试验研究的新成果,指出马氏体在晶界、相界面、位错等缺陷处形核,并非切变形核;发现板条状马氏体中存在层错亚结构。位错、孪晶亚结构的形成也非切变所致;马氏体组织形貌的演化与应变能有密切关系;马氏体表面浮凸是相变比体积增大所致,N型切变缺乏试验依据。     

脉冲电流对过共晶Fe-C-B合金初生相的影响

研究了脉冲电流对过共晶Fe-C-B合金凝固组织初生相的影响。结果表明,脉冲电流影响过共晶Fe-C-B合金中初生硼化物的形核过程,提高硼化物晶核的形成温度,使过共晶Fe-C-B合金中的初生硼化物提前形核,细化初生硼化物,但不能明显增加硼化物晶核数。在相同的热历程下,脉冲电流不改变试样凝固组织物相组成。     

转棒诱导形核法对高硅铝合金中富Fe相的影响

研究了转棒诱导形核法制备半固态合金浆料,探讨了转棒诱导形核法对高Si铝合金半固态显微组织的影响,初步探讨了转棒诱导形核法对富Fe相形貌的影响机理。结果表明,转棒诱导形核法对合金组织中的富Fe相细化效果明显,其等效直径从常规铸造的170~250μm细化至39μm左右,富Fe相主要为δ-Al4FeSi2相。当转棒转速为500r/min时,熔体在转棒上能最大程度地铺展,使熔体有一个较大且均匀的过冷度,对富Fe相具有最佳的细化效果。     

低碳钢中晶内形核铁素体三维形貌的唯象研究

采用光学显微镜和扫描电镜观察了低碳钢中晶内针状铁素体的二维金相组织形貌,运用计算机软件对铁素体的三维形貌进行了重构。试验发现钢中的MnS夹杂物对晶内铁素体形核有明显的促进作用,晶内有大量铁素体组织形成,晶内形核铁素体的三维形貌呈扁长片状,许多铁素体在空间中相互连接,并有相当数量的铁素体与夹杂物相连。由此推测铁素体的晶内形核有以下3种形核方式：在原有铁素体上激发生核;在夹杂物表面上直接生核;在已经存在的铁素体和夹杂物的交汇处形核。     

脉冲电流作用下相分离合金连续凝固过程研究

以Cu-Bi-Sn相分离合金为对象,试验与模拟相结合,研究了脉冲电流对相分离合金连续凝固组织演变的影响。结果表明,脉冲电流主要通过改变液-液相变过程中弥散相液滴的形核能垒来影响相分离合金的凝固过程及组织。随着电流密度峰值增加,液-液相变过程中弥散相液滴的形核能垒降低,液滴形核率增加,合金凝固组织中弥散相粒子的尺寸减小,有利于弥散型相分离合金复合材料的制备。     

定向凝固包晶相变微观组织演化的相场方法研究Ⅱ.形核控制的微观组织模拟

采用包晶相变相场模型分别模拟了高G／vp定向凝固Ti—Al合金在小直径试样的连续形核和大直径试样的多重形核情况下,包晶两相微观组织演化．模拟结果表明,对于小直径试样,减小试样尺寸或减小包晶相形核过冷度倾向于形成岛屿带状组织;而对于大直径试样,包晶相所占体积分数以及形核率的不同将导致形成离散带状、岛屿带状和耦合生长组织．     

Mg-Al合金晶粒细化研究进展

对Mg-Al合金晶粒细化的研究进展进行了综述。在理论研究方面,边-边匹配模型(E2EM)成功用于预测镁合金的异质形核颗粒,相互依存理论清晰的表述了镁合金晶粒的形核与长大过程,合金平均晶粒尺寸由无形核区大小和异质形核颗粒平均间距共同决定;在实验研究方面,高纯Mg-Al合金的天然形核机制来源于Al-C相的异质形核作用,而Mg-Al合金中含有Fe和Mn元素时,Al-C相的异质形核作用被破坏,Al-Fe-Mn三元相取代Al-C相起到异质形核作用。对比了Mg-Al合金不同细化方式的优缺点,指出过热处理和C细化方法是目前Mg-Al合金最有效的细化方法,并对今后Mg-Al合金晶粒细化研究的方向进行了展望。     

Mg-Al合金晶粒细化研究进展

对Mg-Al合金晶粒细化的研究进展进行了综述。在理论研究方面,边-边匹配模型(E2EM)成功用于预测镁合金的异质形核颗粒,相互依存理论清晰的表述了镁合金晶粒的形核与长大过程,合金平均晶粒尺寸由无形核区大小和异质形核颗粒平均间距共同决定;在实验研究方面,高纯Mg-Al合金的天然形核机制来源于Al-C相的异质形核作用,而Mg-Al合金中含有Fe和Mn元素时,Al-C相的异质形核作用被破坏,Al-Fe-Mn三元相取代Al-C相起到异质形核作用。对比了Mg-Al合金不同细化方式的优缺点,指出过热处理和C细化方法是目前Mg-Al合金最有效的细化方法,并对今后Mg-Al合金晶粒细化研究的方向进行了展望。     

Cu-20Ni-20Mn合金连续/不连续时效析出及其相互作用研究

通过扫描电镜、透射电镜和小角散射研究了Cu-20Ni-20Mn合金在573~698 K温度下的时效析出行为,确定不连续析出和连续析出之间的相互作用。结果表明:当时效温度低于623 K,沉淀相析出主要以不连续析出为主导。时效温度大于673 K时,沉淀相析出则主要由连续析出和不连续析出共同控制。时效过程中,沉淀相优先在晶界形核长大,形成由Ni Mn相和贫溶质原子基体组成的片层状不连续析出胞状组织。然而连续析出沉淀相的存在会抑制不连续胞状组织的长大,当沉淀相直径约大于5 nm时,将能有效阻碍不连续析出胞状组织界面前沿的迁移。利用Aaronson-Liu模型估算出不连续析出的晶界化学扩散混合积sδDb,进一步通过Arrhenius方程分析得出不连续析出胞状组织的激活能为77.3~110.9 kJ/mol。界面激活能要远低于Ni、Mn元素在Cu中扩散所需的激活能,表明沉淀相易于在晶界处形核析出。     

连续凝固偏晶合金薄带凝固组织进化过程模拟

分析了偏晶合金薄带垂直连续凝固过程,发展了描述该条件下偏晶合金凝固组织演变的数学模型,将计算的温度场和浓度场与凝固组织演变的控制方程相耦合,模拟了Al-5Pb(质量分数．%)合金的凝固过程．结果表明．在固/液界面前存在一过冷区、弥散相液滴在此区间内形核,这些液滴在移向凝固界面的过程中进行扩散长大,随着凝固速度的提高,形核率升高,弥散相液滴的数量密度增大．平均半径减小。     

稀土加入对Sr变质Al-13％Si合金共晶凝固的影响

采用热分析技术与组织观察研究了混合稀土(MM)加入对Sr变质Al-13%Si合金共晶凝固的影响.研究发现:少量MM(0.2%)加入导致Sr变质合金的显著形核温度(Tn)、再辉前最低温度(TM)和共晶生长温度(TG)显著降低,进一步增加MM(0.5%,1.0%)加入量反而使得这些特征温度升高,与仅Sr变质合金的相近;当MM加入量为0.2%时,因共晶Si相在更低温度下生长,导致共晶Si相的进一步细化.大量MM加入后,共晶体在相对较高的温度下生长而导致共晶Si相的粗化.在Sr变质合金中加入少量的MM进一步消除了潜在的共晶体的形核基底,因而使TN值大大降低,但凝固模式并未发生显著的改变.大量MM的加入可能使得合金液中共晶体的外来形核核心数量激增,因而TN反而升高,在试样中部区域也出现了共晶体的大量独立形核区,显著改变了共晶凝固模式.     

原子尺度下凝固形核计算模拟研究的进展

形核是一级不连续相变的起点,对后续材料组织的形成及最终产品的性能具有重要影响。形核过程、机制及其控制一直是材料科学和凝聚态物理等领域中最为活跃的研究课题之一。形核过程发生在原子空间尺度及扩散时间尺度,同时还具有随机性,因此充分认识形核过程将面临极大的挑战。受实验条件的限制,目前难以通过实验方法直接观测金属凝固中晶核的形成过程。近年来,随着计算材料科学的兴起,借助于数值模拟方法,凝固形核问题研究取得了很大的进展。本文首先回顾了形核理论的发展历程,然后对当前凝固形核模拟的研究进展进行述评,并介绍本课题组近年来基于晶体相场模型在形核研究方面的工作进展,最后对形核研究进行了展望。     

氢和界面相对Ti-12合金断裂的影响

α-β两相钛合金常常存在界面相,界面相提供了裂纹形核位置和断裂路径,但是,界面相对裂纹形核和断裂的影响还不清楚。以前对Ti-6Al-4V的研究表明,宽的界面相导致疲劳裂纹扩展抗力的改善,