脉冲电场对纯铁熔体凝固过程影响的研究

针对不同脉冲电场对纯铁试样凝固组织中夹杂物颗粒尺寸变化、分布情况以及晶粒度尺寸变化的影响进行了实验室研究,并利用ImageJ软件对夹杂物颗粒尺寸和凝固组织的晶粒度进行了定量分析。实验结果表明:施加4,8V电场的纯铁试样中的夹杂物平均粒度比不加电场的分别减小了33%,59.7%,且脉冲电场强度越大,夹杂物分布越均匀;施加4,8V电场的纯铁试样凝固组织的晶粒度比不加电场的分别减小了58.6%,64.9%,而晶粒细化效果随电场强度的增加已不再明显。     

渣金间外加脉冲电场对硫元素迁移研究

在Fe-C-S系合金与CaO-MgO-Al2O3溶渣体系间施加电压为2V的脉冲电场,研究了改变脉冲电场的处理时间对S在渣金两相间分布和迁移特性的影响.试验结果表明,随着脉冲处理时间加长,渣中的硫含量逐渐升高,S在Fe-C-S金属基体上下表面分布趋于均匀,当电场处理时间为60 s时,渣中的硫含量为0.891％,△Ws=0.001％,并且金属表面夹杂物明显细化.     

流槽中除气和过滤作用对晶粒细化剂添加效果的影响

添加晶粒细化剂有助于改善铸态晶粒尺寸、减小第二相尺寸分布并减少热裂倾向.然而,铝合金半连续熔铸中存在细化剂利用率较低、晶粒细化效果不佳的问题,影响产品质量.对流槽不同区域在线取样来分析除气和过滤作用对Al-5Ti-1B细化剂细晶效果的影响.通过荧光光谱仪和偏光金相观察细化剂添加后主要细晶元素Ti和B含量及α-Al晶粒尺寸的变化,结合TiB2和TiAl3的尺寸分布粗算过滤比例,最后采用晶粒尺寸预报模型研究熔体中TiB2数密度的改变对细晶行为及细晶效果的影响.研究表明:除气对细晶效果影响不大,而二次过滤后大部分TiAl3和60％TiB2颗粒会被过滤.TiB2的筛除造成有效形核质点数密度的大幅降低,细晶效果下降近一半,α-Al晶粒尺寸由93 μm增长至144 μm.     

添加微量B元素对铸造TC4钛合金显微组织和力学性能的影响

为细化铸造TC4钛合金的晶粒,改善合金的力学性能,在合金中加入了少量B元素.结果表明:随着B含量逐步增加至0.06％(质量分数,下同),ZTC4钛合金晶粒尺寸从添加B之前的4.5mm细化至0.36mm,硼化物的主要分布也随之由晶粒内部分布转变为晶界处分布.当B含量为0.03％时,ZTC4钛材料具有最高的延伸率,但当B含量超过0.06％时,ZTC4钛材料拉伸时接近脆性断裂.导致ZTC4-0.06B材料几乎脆断的原因可能是B含量过多导致B化物分布由主要在晶粒内部转向晶界处.从晶粒细化效果和材料力学性能综合考量,铸造TC4钛合金中B的最佳添加量为0.02％～0.04％.     

Ce和Bi元素对纯铝晶粒细化能力的研究

在铝中添加适量的细化剂可大大改善铝的力学性能、加工性能以及外观质量,但Al-Ti-B和Al-Ti-C细化剂均存在一些不足,为了开发效果更好的晶粒细化剂,本文研究了Ce和Bi元素对纯铝晶粒的细化效果.通过组织观察和能谱分析发现,单独加入Ce或Bi元素,对纯铝没有明显晶粒细化作用;联合加入时,对纯铝有一定的细化作用,而且Ce和Bi元素不存在Cr,Mn等原子的毒化作用,这是由于Ce和Bi原子发生包晶反应生成的高熔点化合物CeBi可作为异质核心,从而使铝的晶粒得到细化,当Ce/Bi比为32时,对铝的晶粒细化效果最佳.     

脉冲电场对锰铁氧化物还原特性的影响研究

本实验以常温常压条件下锰铁氧化物还原、凝固的研究为基础,推广到外场(脉冲电场)作用下锰铁氧化物还原规律的研究,用不同脉冲电场电压处理锰铁氧化物熔体,促进C的还原反应,用Im ageJ软件统计锰的晶粒尺寸和各个面积区间锰的晶粒个数,得到脉冲电场能促进锰铁氧化物二次还原,且与电场电压和锰铁氧化物的组成有关,电场处理的二次反应析出颗粒尺寸分别为3.383μm、4.332μm、3.224μm、4.356μm,还原锰的面积含量分别为6.2%、5.5%、6.4%、5.1%。     

铌、钒、钛在微合金钢中的作用

微合金化元素Nb、V、Ti在钢中的作用,主要表现在在热加工过程中抑制奥氏体的形变再结晶并阻止其晶粒的长大,并通过它们的碳氮化合物的应变诱导析出,对钢进行沉淀强化。这3个元素虽然都是通过细化晶粒和沉淀强化来提高强度,但它们在钢中的作用机理及强化程度并不同,Nb在钢中具有最强的晶粒细化强化效果,而V在钢中具有最强的沉淀强化效果,Ti则介于Nb和V两者之间。     

硼在18Ni(2450MPa)马氏体时效钢细化晶粒中的作用

本文研究了含微量硼元素的18Ni马氏体时效钢细化晶粒的方法并指出:在860℃,1h固溶化后,缓慢冷却(炉冷)的基础上,经冷变形后,在700℃预加热和820℃最终固溶处理,可以获得超细化的奥氏休晶粒。其中,硼元素偏聚到再结晶奥氏体晶界上,阻止晶粒长大,是获得细化晶粒效果的决定因素。     

合金元素对曲轴用非调质钢奥氏体长大和组织细化的影响

通过研究曲轴用非调质钢奥氏体晶粒长大行为和分析工业生产热轧材的显微组织,探讨合金元素Nb、Ti和S的组织细化作用.结果表明:添加质量分数0.027%Nb和0.012%Ti,同时S从0.029%提高到0.046%,加热时间30 min时,能够把奥氏体晶粒粗化温度提高100℃,并明显细化热轧材边部组织.弥散分布、钉扎在奥氏体晶界上的未溶第二相粒子MnS和(Nb,Ti)(C,N),能够有效抑制奥氏体晶粒的长大.在热加工过程中,合金元素的组织细化作用需要适当的变形制度予以匹配,才能得以体现.      

脉冲磁场对钛处理低碳钢凝固组织的影响

采用自行研制的脉冲磁场发生装置对含Ti低碳钢的凝固过程进行控制,利用金相显微镜、扫描电镜和能谱仪研究不同放电电压条件下的脉冲磁场对钢中夹杂物的析出行为及凝固组织的影响规律,分析不同凝固冷却速度对脉冲磁场细晶化效果的影响。结果表明:随着放电电压的升高,夹杂物的尺寸先减小后增大,晶内铁素体的数量逐渐增多,凝固组织变得更细小;降低凝固冷却速度,可延长脉冲磁场对钢液凝固过程的作用时间,晶粒的细化效果更明显;当放电电压为80 V,凝固冷却速度为60℃/min时,凝固组织几乎全部由细小的相互交错的针状铁素体组成。     

脉冲电流作用下金属熔体内电磁场分布的数值模拟

 将脉冲电流作用于铁素体不锈钢,发现经过脉冲电流处理后等轴晶比例大幅增加,晶粒明显缩小。建立了考虑集肤效应的三维电磁场瞬态有限元模型,利用ANSYS软件对电极及熔体内的电场、磁场、电磁力分布进行了计算,结果表明,由于集肤效应使得电磁场主要集中在电极周围和熔体上部,且在脉宽的后期电磁场的方向由于涡流的存在而发生变化;电极间距对熔体电磁场均匀性具有较大影响;随着脉冲电流的脉宽减小,熔体上部的电磁场增强,但集肤深度也越小,同时作用时间缩短。     

中间包钢液施加电脉冲的冶金效果研究

在攀钢1#板坯连铸中间包上,采用电脉冲处理钢液以提高凝固后铸坯的等轴晶率,对铸坯中心偏析和铸坯内部质量等冶金效果进行了分析.试验结果表明,电脉冲处理中间包钢液后,铸坯等轴晶率为53%～91%,平均66%,与未经过电脉冲处理铸坯相比,铸坯等轴晶率平均提高了45%.电脉冲处理后铸坯中心偏析明显减轻,铸坯内部质量更加良好.电脉冲处理改善铸坯中心碳、磷、硫等元素偏析效果明显,并且随着电流和频率的增加,改善效果更加明显,有利于提高其热轧板力学性能.     

电场作用下钢液脱铜研究进展

阐述了国内外的各种主要脱铜方法；电场下钢水脱铜方法．该方法立意很新，即通过施加特殊电场，在阴极附近富集铜离子，在此基础上加选定的脱铜剂发生脱铜反应进行钢水脱铜．通过实验室钢水中铜的富集试验，结合工业现场情况，初步探讨了电场下钢水脱铜的工业应用的可行性．该种脱铜方法有一定的工业试验基础，在冶金工业上有着很广阔的应用前景．     

脉冲电流对钢凝固组织的影响

 研究了高频脉冲电流对钢水凝固过程中组织的影响,实验室试验结果表明：在钢水中外加一个高频脉冲电场,能有效地控制钢的凝固组织,减少柱状晶,增大等轴晶区。进行了连铸工业试验,效果明显：铸坯中心缩孔和中心裂纹被消除,中心偏析和中间裂纹也得到降低。     

中间包温度分布的模拟研究

利用湍流理论,建立中间包温度场的数学模型.通过建立中间包温度场的有限元模型,分析了有限元法在模拟中间包温度场方面的应用.基于有限元法对中间包温度场及其温度分布进行了分析研究,结果表明:中间包内钢水的流动在许多情况下表现为一种非等温状态下的流动,不同结构中间包内钢液温度分布有差异.优化后的中间包钢液的温度分布均匀,有利于提高连铸坯的质量.     

HRB400热轧带肋钢筋强度不合格原因分析

针对HRB400热轧带肋钢筋强度不合格的问题，采用化学分析、金相检验、实物测量等方法进行了分析，结果表明合金元素偏析严重、晶粒粗大、尺寸超差、内部夹杂物缺陷是造成强度不合格的主要原因，提出了严格控制主要元素成分、提高钢水纯净度、降低终轧温度等改进措施和建议。     

圆坯中频电磁软接触连铸结晶器内钢液流动的数值模拟

采用有限元方法模拟了中频电磁场对软接触结晶器内钢液流动的影响规律,讨论感应线圈电流强度和电源频率等因素对结晶器内钢液流动的影响。结果表明：电磁力能加强结晶器内上半部熔池的搅拌强度,并在弯月面区域形成一明显的回流区,同时还能减小钢液射流的渗入深度;增大电流强度,能加强钢液的回流和对钢液的搅拌,减小射流渗入深度,同时也加剧了钢液自由表面的波动,因而电流强度有一个最佳的控制范围;增加电源频率时,射流的渗入深度变化不大,但弯月面附近钢液的紊动能和速度都有所提高,综合考量,本研究中将频率控制在2500 Hz左右。     

330 kA铝电解槽异形阴极碳块对水平电流的影响

采用有限元仿真计算,对330 kA铝电解槽进行传统阴极碳块结构和异形阴极碳块结构的电场进行仿真模拟,主要对铝液中水平电流分布进行分析。研究发现,异形阴极碳块结构相对于传统阴极碳块结构能够在影响压降较小的前提下降低水平电流密度。模拟结果表明,在异形阴极碳块表面凸起中增加隔断并改变凸起角度,对降低铝液中水平电流效果明显,能够降低铝液中最大水平电流密度27.8%,平均水平电流密度34.3%,有效提升了铝电解槽电流效率。     

脉冲磁场强度对钛处理低碳钢凝固过程的影响

采用自发研制的脉冲磁场发生装置将脉冲磁场非接触式地施加到钛处理低碳钢的凝固过程中,利用金相显微镜、扫描电镜和能谱仪研究了不同强度的脉冲磁场对试样的宏观形貌、枝晶和组织的影响。结果表明,随着脉冲磁场强度的增加,试样的宏观表面逐渐变得平整;枝晶和组织随着脉冲磁场强度的增加逐渐细化,但达到一定强度后,继续增加又出现了相反的结论。由此可以推断,脉冲磁场强度对枝晶和组织的影响存在一个最佳值。     

外加直流电场无污染脱氧模拟研究

为了更好地提高脱氧效率,建立了渣-钢外加电场脱氧系统模拟模型。模拟分析了电场参数、电极参数、熔渣及钢液属性等对渣-钢系统中电流密度分布的影响,并对模拟结果进行试验验证。结果表明,随着系统施加电压、阳极电极直径的增加和阳极到渣-钢界面距离的缩短,系统中的最大电流密度增大;渣电阻率的降低有助于提高阳极附近的电流密度,而渣的相对介电常数的增大有利于系统中最大电流密度的提高;脱氧速率最高可以达到0.002 18%/min。