Nb变质剂对过共晶Fe-4.5B-1.0C合金组织细化的影响

借助扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪,研究了Nb铁变质剂对过共晶Fe-4.5B-1.0C合金显微组织的影响。该合金的主要物相为α相、初生Fe2B和少量的Fe3(C,B)。在Nb变质合金凝固伊始,钢液中的铌和碳生成大量的NbC。Nb对初生Fe2B细化效果非常显著,在含量仅为0.3%时就使初生Fe2B尺寸由未变质处理的81.4μm减小到23.9μm。在铌含量超过0.3%时,变质效果减退。初生包晶Fe3(C,B)数量因Fe2B尺寸细化急剧增多,又随变质剂的增加逐渐减少,并在Nb含量为1.2%时完全消失。     

强磁场对铝硅合金变质效果的影响

为解决Al-Si合金存在的Na变质重熔失效和有效时间短及P变质处理后初晶Si偏聚问题,利用施加强磁场的方法,分别对亚共晶Al-6%Si合金和共晶Al-12.6%Si合金进行Na盐变质处理,对过共晶Al-18%Si合金进行P盐变质处理.结果发现对于亚共晶Al-6%Si合金,施加强磁场的条件下重熔,Na变质没有失效;对于共晶Al-12.6%Si合金,施加强磁场延长了变质有效时间;对于过共晶Al-18%Si合金,施加强磁场使凝固组织中的初晶Si相均匀分布.强磁场有助于改善Al-Si合金的变质效果.     

熔体预结晶状态对Al-20% Si合金中初生Si相的影响

通过将Al-30%Si高温熔体与已开始结晶的Al-10%Si熔体相混合,并在不同过热条件下凝固,研究过共晶Al-20%Si熔体的预结晶状态对合金凝固组织的影响.结果表明:改变了合金预结晶状态的混合熔体可以获得分布均匀、尺寸小于40μm的初生Si,且过热处理可以进一步细化初生Si相.分析表明,将900℃的Al-30%Si熔体与580℃的Al-10%Si熔体混合可使Al-20%Si混合熔体的温度大幅降低至670℃,远低于两熔体混合前温度的平均值740℃,从而增大了合金液在凝固时的过冷度,细化初生Si相.过热混合熔体时,由于熔体微区仍存在成分和温度的不均匀性,使初生Si尺寸进一步减小.     

Sn-15%Pb合金电脉冲孕育处理效果时间相关性研究

采用Sn-15%Pb合金作为实验材料,在保持熔体过热90℃的条件下,对其进行不同时间的电脉冲孕育处理.利用金相组织观察和热分析等手段来评价电脉冲孕育处理对合金凝固组织和凝固过程的影响.结果表明:经电脉冲孕育处理后,Sn-15%Pb合金凝固组织发生了明显的变化,凝固组织中的富Sn初生相形态从树枝晶转变为颗粒状;与凝固组织的变化相对应,合金的凝固过程也发生了明显的改变,初生相形核的最低温度有较大幅度的提高;但随着电脉冲处理时间的延长,凝固组织中粒状晶的数量总体呈现出"少-多-少-多"的周期性变化规律;与之相对应,初生相形核温度的变化也随电脉冲孕育处理时间的延长呈现出周期性.     

Fe-Si合金在落管中无容器凝固的组织形成规律

采用落管方法实现了Fe-66.7(原子百分数)Si 合金的无容器凝固, 得到直径0.1~1.0 mm的合金小球. XRD, EDS和SEM测试结果表明: 凝固组织均由初生α相和α+ε 共晶组织组成. 随液滴直径减小, 初生a相发生“小平面生长-非小平面生长”转变, 共晶组织形态也发生了改变. 在Ø0.2 mm小球中, 同一样品的不同位置凝固组织也发生了这种转变. 并且随小球直径减小, 初生相宽度减小. 采用Newton冷却定律计算出不同直径液滴在落管中自由下落时的冷却速率, 并分析了冷却速率对凝固组织形貌的影响.     

高硅铝合金的电脉冲孕育处理与液-固相关性

以液态合金的多相结构模型为基础,对电脉冲作用下高硅铝合金熔体结构变化进行了热力学分析,并研究了电脉冲作用下Al-22%Si合金凝固组织的显微硬度以及凝固相变点的变化.实验结果表明,电脉冲促进了呈"胶体"状态存在的Si粒子在Al-22%Si合金熔体中的分解,提高了熔体的均匀程度,部分消除了来自Si原料的遗传性;电脉冲孕育处理提高了Al-22%Si合金熔体的过冷能力,增加了Si粒子在基体组织中的过饱和度,提高了基体的显微硬度;Al-22%Si合金基体显微硬度值的变化显示熔体对于电脉冲频率的响应比较敏感.     

Mn元素对过流冷却过共晶Al-22Si-2Fe-xMn合金显微组织及耐磨性的影响

采用常规铸造和分段式倾斜板过流冷却铸造工艺制备Al-22Si-2Fe-xMn合金,研究表明:过流冷却制备工艺能够改善初生Si形貌及尺寸,但对针状富Fe相作用有限.利用扫描电镜、X射线衍射及透射电镜等手段分析过流冷却条件下Mn元素添加对富Fe相晶体结构的影响,通过摩擦磨损实验研究不同Mn/Fe质量比的过共晶Al-Si合金的硬度及耐磨损性能.结果表明:随着过流冷却铸造过共晶Al-Si合金中Mn/Fe质量比增加,合金中四方结构的长针状富Fe相逐渐减少直至基本消失,当Mn/Fe质量比为0.7时,富Fe相主要为六方结构的块状或鱼骨状α-Al15(Fe,Mn)3Si2相,此时,合金耐磨性较未添加Mn元素时有所提升,磨损机制以磨料磨损方式为主.     

挤压铸造碳纤维增强A356金属基复合材料凝固过程的研究

分析了挤压铸造制备ＣＦ／Ａ３５６复合材料的充填过程，研究了工艺参数对基体合金凝固组织的影响．实验结果表明，当预制件中纤维均匀分布时，存在三角形、正方形、六边形３种排列方式，其充填阻力Ｐ＝４．３２ＭＰａ．挤压铸造ＣＦ／Ａ３５６复合材料时，当浇注温度较高时，其凝固发生在整个浸渗过程结束之后，这是由于模具和纤维的激冷作用，而首先凝固的晶坯在浸渗过程中局部或完全重熔；基体合金初生α－Ａｌ相在纤维间隙中形核并逐渐向纤维表面长大；而共晶Ｓｉ相依附碳纤维表面形核并长大，当预制件预热温度高于基体熔点时，共晶Ｓｉ相包覆碳纤维表面长大．随着凝固冷却速率的降低，共晶Ｓｉ相形态发生从蠕虫状、细针状到片状或块状的转变，其尺寸由小到大变化．     

深过冷Fe82B17Si1共晶合金的再辉及凝固组织特征

在大气中,采用熔融玻璃净化与循环过热相结合的方法,使Fe₈₂B₁₇Si₁共晶合金获得了342K(0．238T_E,T_E为共晶温度)的大过冷度．对该合金的冷却再辉曲线及凝固组织研究发现：(1)在6～164K及255～342K过冷度范围内该合金的冷却曲线仅呈现一次再辉,而在174～247K过冷度范围内其冷却曲线则存在两次再辉,三过冷度范围内的凝固组织分别对应于由准规则共晶和复杂规则共晶组成的混合共晶或混合共晶+非规则共晶、完全非规则共晶、初生α(Fe,Si)相+枝晶间非规则共晶;(2)在过冷条件下,该合金的共晶两相α(Fe,Si)及Fe2B相满足促发形核的非互惠原则;(3)该合金非规则共晶出现的特征过冷度△T₁=63K,完全非规则共晶化的特征过冷度△T₂=164K;(4)该合金非平衡状态下的共晶共生区偏向Fe₂B相一边,它与共晶成分线的交点在△T=154K及△T=264K,其谷值约在△T=207K左右．     

母合金铸锭组织对Zr60Al15Ni25合金玻璃形成能力的影响

通过改变反复重熔次数获得了具有不同凝固组织的母合金铸锭.结果发现,母合金铸锭的凝固组织随着熔炼次数的增加而明显细化.通过差示扫描量热法(DSC)研究了母合金铸锭凝固组织对大块非晶形成合金Zr60Al15Ni25玻璃形成能力的影响.实验结果表明,随着母合金铸锭凝固组织的细化,非晶合金的玻璃转变温度Tg提高;约化玻璃转变温度Trg增大;合金的熔化焓ΔHf减小,凝固过程中的结晶驱动力降低,抑制了形核,有利于非晶的形成.由于结构的遗传性,细化的铸锭重熔至同一吸铸温度时,相应的合金熔体的短程序尺寸变小,在随后的快冷过程中保留到非晶基体中的短程序尺寸减小,非晶晶化时原子的重组变得困难,因而Tg提高.     

电脉冲处理对Sn-15%Pb合金凝固组织中枝晶形态的影响

研究了电脉冲处理对Sn-15%Pb合金凝固组织的影响.通过对Sn-15%Pb合金熔体施加电脉冲处理,其凝固组织发生了由原始的树枝晶向球状组织的转化,同时晶粒发生明显细化.分析认为,由于电脉冲处理作用,合金熔体结构发生了改变,使熔体中Pb的活度提高,进而引起溶质平衡分配系数的变化,导致凝固前沿的溶质富集减轻,溶质分布情况发生改变,促使树枝晶向球状组织转化,并且使凝固组织发生细化.     

旋转磁场及快速凝固对Pb-Bi合金凝固组织的影响

研究了不同转速的旋转磁场对Pb-Bi合金凝固组织的影响,对于Pb-52%Bi亚共晶,旋转磁场能碎断枝晶,细化晶粒;对于Pb-66%Bi过共晶,旋转磁场能消除比重偏析。另外,采用硅油净化法结合水淬使Pb-52%Bi亚共晶和Pb-60.9%Bi过共晶分别获得了47 K和66 K的较大过冷度,对于Pb-52%Bi亚共晶,金属间化合物ε相枝晶细化显著;对于Pb-60.9%Bi过共晶,组织中没出现初生相Bi,只有细密的共晶组织。对于Pb-52%Bi亚共晶在快速凝固的同时加旋转磁场,过冷度由47 K增大为55 K,ε相呈细小颗粒弥散分布。     

母合金铸锭组织对Zr_(60)Al_(15)Ni_(25)合金玻璃形成能力的影响

通过改变反复重熔次数获得了具有不同凝固组织的母合金铸锭.结果发现,母合金铸锭的凝固组织随着熔炼次数的增加而明显细化.通过差示扫描量热法(DSC)研究了母合金铸锭凝固组织对大块非晶形成合金Zr_(60)Al_(15)Ni_(25)玻璃形成能力的影响.实验结果表明,随着母合金铸锭凝固组织的细化,非晶合金的玻璃转变温度T_g提高;约化玻璃转变温度T_(rg)增大;合金的熔化焓△H_1减小,凝固过程中的结晶驱动力降低,抑制了形核,有利于非晶的形成.由于结构的遗传性,细化的铸锭重熔至同一吸铸温度时,相应的合金熔体的短程序尺寸变小,在随后的快冷过程中保留到非晶基体中的短程序尺寸减小,非晶晶化时原子的重组变得困难,因而T_g提高.     

Nd-Fe-B 包晶合金的定向凝固组织及相选择

对 Nd11.76Fe82.3B5.88包晶成分和 Nd13.5Fe79.75B6.75过包晶成分合金进行了高梯度定向凝固和激光快速定向凝固实验,研究了 Nd-Fe-B 合金组织形成及相选择与凝固参量(温度梯度 G,生长速度 V,合金成分 C0)之间的对应关系.针对包晶相为无固溶度的化学计量比结构的 Nd-Fe-B 合金体系,讨论计算了合金定向凝固过程γ-Fe及包晶T1相的界面温度随生长速率的变化,获得了 Nd-Fe-B 合金定向凝固相/组织选择图,确定了合金凝固中各相及生长形态转化的条件.Bridgman定向凝固实验中,随着抽拉速率的增加,T1相由平面/小平面向枝晶形貌转变;Nd13.5Fe79.75B6 75合金的激光实验中,凝固速率由4.4～5.0 mm/s时,领先析出的组织由γ-Fe 枝晶转变为 T1 相枝晶.实验结果与理论计算给出的相/组织选择图吻合较好.     

Nd-Fe-B包晶合金的定向凝固组织及相选择

对Nd11.76Fe82.36B5.88包晶成分和Nd13.5Fe79.75B6.75过包晶成分合金进行了高梯度定向凝固和激光快速定向凝固实验,研究了Nd-Fe-B合金组织形成及相选择与凝固参量(温度梯度G,生长速度V,合金成分C0)之间的对应关系.针对包晶相为无固溶度的化学计量比结构的Nd-Fe-B合金体系,讨论计算了合金定向凝固过程γ-Fe及包晶T1相的界面温度随生长速率的变化,获得了Nd-Fe-B合金定向凝固相/组织选择图,确定了合金凝固中各相及生长形态转化的条件.Bridgman定向凝固实验中,随着抽拉速率的增加,T1相由平面/小平面向枝晶形貌转变;Nd13.5Fe79.75B6.75合金的激光实验中,凝固速率由4.4~5.0mm/s时,领先析出的组织由γ-Fe枝晶转变为T1相枝晶.实验结果与理论计算给出的相/组织选择图吻合较好.     

深过冷Fe82B17Si1非规则共晶中Fe2B相的形态演化

在63～342 K过冷度范围内,对Fe82B17Si1合金非规则共晶中Fe2B相的生长形态演化进行了研究.发现:(1)在具有一次再辉的63～164 K及255～342 K过冷度范围内,随过冷度增加Fe2B相由变异的小平面结构逐渐转变为树枝状,进而向具有明显定向特征的树枝状和超细的球状转变,该合金Fe2B相由小平面转变为树枝状的过冷度过渡范围约为63～164 K;(2)在具有两次再辉的174～247 K过冷度范围内,随初生α相含量的增加枝晶间非规则共晶逐渐向离异共晶转变;(3)在63～154K和312～342 K过冷度范围内,该合金非规则共晶中的Fe2B相存在两次粒化现象,这两次粒化对应于不同的非规则共晶形成机制.     

过共晶超高铬铸铁合金的组织与性能

研究了过共晶超高铬铸铁的组织和热处理工艺对其性能的影响,过共晶超高铬铸铁的铸态组织由初生碳化物M7C3 共晶(M7C3 M23C6) 马氏体 残余奥氏体组成,其中初生碳化物(M7C3)为六方形长秆状.在1050℃淬火的条件下,低温回火时,材料的硬度、冲击韧性的变化不大,回火温度提高到450℃后,材料的硬度显著升高,相应的冲击韧性下降;回火温度继续上升,材料的硬度下降,冲击韧性升高.     

交流磁场对Al-Fe合金凝固组织的影响

研究了交流磁场对Al-Fe合金中含铁相形态及分布的影响.近共晶Al-1.99%Fe(质量分数,下同)和亚共晶Al-0.90%Fe两种铝合金在3℃/min的冷却速率凝固过程中,施加强度为0.3 T,频率为20 Hz的交流磁场,并与未施加磁场的试样进行对比.实验结果表明,在这两种合金中,无论是先析出Al3Fe相还是先析出-αAl,施加交流磁场后,Al3Fe相均向试样的中心处富集.这是由于Al3Fe相的磁化率大于熔融铝基体的磁化率,使得Al3Fe相和铝基体相比受到指向样品轴线的更大的电磁力,从而导致其向试样中心处聚集.     

Pb-15%Sb过共晶合金的深过冷及快速凝固

采用熔剂净化深过冷和洁净容器快速凝固方法,研究了Pb-15%Sb过共晶合金在不同凝固条件下的组织演变.在熔剂净化条件下,随着凝固过冷度△T的增大,初生相Sb的组织形貌由尖角块状向树枝晶转变并不断细化,Sb的宏观偏析减弱,实验测得的最大过冷度为73K;在洁净容器快速凝固条件下,计算获得的最大过冷度为196.2K,初生相Sb的结晶被完全抑制,凝固组织发生了完全的共生生长,出现了快速凝固超细化组织.     

基于CALPHAD的耐磨堆焊合金成分优化设计

通过CALPHAD(CALculation of PHAse Diagrams)方法,对高碳高铬耐磨堆焊合金成分进行优化设计,研究合金元素C、Ti、V、Nb对堆焊金属微观组织与相变规律的影响,并通过试验对CALPHAD设计结果进行验证。结果表明,不加入微合金元素时,耐磨堆焊合金的显微组织由初生(Cr,Fe)7C3型碳化物及共晶(Cr,Fe)7C3/γ(Cr,Fe)组成;随碳含量升高,初生(Cr,Fe)7C3型碳化物含量随之升高。加入微合金元素Ti、V、Nb后,在堆焊金属中析出M(M=Ti,V,Nb)C型碳化物,从而细化初生(Cr,Fe)7C3型碳化物,提高铁基耐磨合金的性能,延长再制造堆焊零部件表面的服役时间。