金属凝固微观组织形成的数值模拟

依据金属凝固的基本理论,在Oldfield的连续形核和晶粒长大模型基础上,引入了时间因子,运用随机方法,建立了连续冷却条件下形核和生长的随机模型,使形核和生长模型函数与时间直接相关,反映了连续冷却条件下的金属凝固微观组织的演化过程。基于上述模型,编制了计算模拟程序,模拟了Zn-5Al共晶合金微观组织的凝固过程,并用试验结果对模拟结果进行了验证对比,模拟结果与试验结果基本相符。     

抽拉速率和过热温度对Zn-5%Al合金定向凝固界面的影响

采用Zn-5%Al合金,对不同抽拉速率和过热条件下的定向凝固界面进行研究。结果表明,当合金熔体的过热温度为450℃时,随着抽拉速率从1.1μm/s增加到11.1μm/s,液固界面呈现平面—细胞—胞枝变化,与一般的界面形态演化相符;当熔体的过热温度为610℃时,在相同的抽拉速率条件下,液固界面呈现平胞—平面—枝晶变化,不同于一般的界面形态演化。采用界面稳定性动力学理论分析了抽拉速率和过热温度对液固界面的影响,得出定向凝固界面稳定性变化,存在着若干个由抽拉速率和过热互相制约决定的分界点。     

基于耗散结构理论的金属凝固研究进展

总结了以往金属凝固研究理论中存在的问题和不足,为进一步揭示金属凝固的本质,耗散结构理论被应用到金属凝固研究中。详细阐述了耗散结构的基本理论,进一步分析了金属凝固完全具备了耗散结构形成的一切条件;概述了目前耗散结构理论在金属凝固研究中的初步发展情况;指出了目前耗散结构理论在金属凝固研究中存在的主要问题及发展方向。     

基于耗散结构理论的金属凝固过程探讨

将耗散结构理论应用到金属凝固研究中,论述了金属凝固形成的各种形态晶体就是各个稳定的耗散结构分支,外界输入条件达到的阈值就是成分过冷判据,触发金属凝固形成耗散结构分支的涨落包括体积涨落(由溶质传输决定)和温度涨落(由热量传输决定).分析表明,固液界面所受体积涨落(溶质传输)影响比温度涨落(热量传输)影响越大,固液界面越不稳定,越容易从平面晶趋向于胞晶和枝晶凝固.固液界面所受体积涨落(溶质传输)影响比温度涨落(热量传输)影响越小,固液界面越稳定,越容易趋向于平面晶凝固.     

金属结晶晶粒数及冷却速度和润湿角影响分析

从形核理论出发,建立了金属结晶晶粒数的一般方程,利用VB编出的程序计算方程,并以Zn-5%Al合金为例对方程在不同冷却速度和润湿角因子下进行了计算分析。结果表明,金属确定后,当润湿角因子不变,晶粒数随着冷却速度的增大而增大,基本呈线性正比关系;当金属液在同一冷却速度下冷却时,晶粒数随着润湿角因子的增大而减小,晶粒数与润湿角因子基本呈以自然对数为底的负指数关系。     

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。     

金属凝固微观组织数值模拟的研究进展

概述了目前国内外凝固微观组织数值模拟的研究进展,介绍了采用计算机进行微观组织模拟的几种主要方法,评述了当前所使用的物理数学模型的特点及局限性,指出了该领域目前面临的问题和未来发展趋势.     

Zn-5%Al合金凝固特性的研究

采用差热分析和金相定量统计，研究了Zn-5％Al合金的凝固特性。对球形共晶团析出过程的传热进行了解析分析。考察了冷却速度对共晶结晶过冷度、共晶层片间距和共晶团大小的影响，并从理论上进行了解析推导。结果表明，共晶结晶过冷度(△T)与冷却速度(V)的1／4次方成正比的关系；共晶层片间距(A)与冷却速度(V)的1／4次方成反比的关系；共晶团大小随着冷却速度的增加而减小。     

Zn-5%Al合金定向凝固液固界面形态分析

对Zn-5%Al合金在不同液淬下拉速率和过热状态下的定向凝固液固界面形态进行了研究。结果表明,当合金熔体的过热温度分别为较低和较高时,随着液淬下拉速率的增加,定向凝固界面形态变化与一般的界面形态演化相比各自表现为相符和相异;定向凝固界面稳定性变化存在着若干个由液淬下拉速率和过热状态互相制约决定的分界点。