水平稳恒磁场对Zn-10%Bi过偏晶合金第二相分布的影响

Zn-Bi过偏晶合金凝固过程中因液-液分离反应极易造成第二相偏析.磁场在过偏晶合金的凝固过程中具有抑制第二相液滴迁移的作用,在水平稳恒磁场中进行Zn-Bi过偏晶合金的水冷铜模浇铸实验,研究磁场方向与第二相液滴运动方向呈不同夹角时对偏晶合金凝固组织的影响,对不同方向磁场对液滴运动的作用机制进行分析.实验结果表明,水平稳恒磁场对富Bi相的Marangoni运动有一定的抑制作用,且磁场方向与富Bi液滴Marangoni运动方向平行时,磁场的作用效果最明显     

强磁场对Cu-40%Pb偏晶合金凝固组织的影响

在强磁场作用下进行了Cu-40%Pb偏晶合金的凝固实验,研究了偏晶共生组织的凝固形态.实验结果表明:12 T强磁场的作用使富Pb组织形态发生变化,试样中部及下部的棒状相伸长,在试样中部形成了超长规则排列的棒状富Pb相.凝固前沿富Pb小液滴的运动及分布是决定共生组织中棒状相形态的决定性因素.施加强磁场可改变富Pb基体的表观黏度,从而对凝固前沿的富Pb小液滴运动及附近流体流动产生抑制作用,这被认为是规则排列的超长棒状相的形成原因.     

Cu基亚稳难混溶合金液-液相变

通过气体雾化技术研究了Cu100-XFeX (X=15, 20, 30和40)合金的凝固行为. 考虑少量相液滴形核、扩散长大、空间迁移、凝固界面与液滴间的相互作用以及体积分数等共同影响因素,建立了能描述该类合金凝固组织演变动力学模型. 将数学模型与雾化液滴飞行过程中运动、传热和传质的控制方程相耦合,给出了数值求解方法,模拟计算了Cu基亚稳难混溶合金液-液相分离过程. 结果表明:富Fe粒子的平均尺寸随着Fe含量的增加而增大;少量相液滴形核发生在基体熔体过饱和度峰值附近;随着冷却速度的增大,雾化液滴中少量相液滴的形核率增大,但平均半径减小;少量相液滴在Marangoni迁移和与固/液界面相互排斥共同作用下,向雾化液滴中心迁移,使雾化粉末最终形成壳型组织结构.     

三元Fe-Sn-Ge和Cu-Pb-Ge偏晶合金相分离与快速凝固研究

采用熔融玻璃净化与循环过热相结合的方法研究了三元Fe-43.9%Sn-10%Ge和Cu-35.5%Pb-5%Ge偏晶合金的相分离与枝晶生长特征, 实验中分别获得了245和257 K的最大过冷度. 两种合金熔体均发生液相分离, 快速凝固组织呈现出显著的宏观偏析. X射线衍射分析表明, Fe-43.9%Sn-10%Ge合金的凝固 组织由α-Fe 和(Sn)固溶体以及 FeSn 和 FeSn₂金属间化合物等四相组成, 而Cu-35.5%Pb-5%Ge合金的凝固组织由(Cu)和(Pb)两相组成. 在快速偏晶凝固过程中, α-Fe 和(Cu)相均以枝晶方式生长, 并且深过冷条件下皆发生了“枝晶®偏晶胞”转变. 实验发现, α-Fe 和(Cu)相的枝晶生长速度都随过冷度的增大呈现出指数函数变化规律.     

气液旋流器的分离性能

旋流器内气液两相的分离过程是液滴离心沉降和碰撞聚结、破碎的复合过程.对液滴的聚结、破碎机制进行分析,试验验证液相物性、流场强度对液滴聚结、破碎以及旋流器分离性能的影响.结果表明:液相黏度对涡流场中液滴的破碎影响很大,黏度增大分离效率上升;湍流强度是导致旋流场液滴破碎的主动力,当流量达到一定值时,高湍流强度导致液滴破碎,分离效率随流量上升开始急剧下降;液滴聚结、破碎过程对分离器压力降影响不大.     

洗涤冷却室气液分离空间内液滴重力分离数值研究

在Euler-Lagrange三维坐标系下,建立了液滴重力分离模型.利用该模型模拟了气化炉洗涤冷却室气液分离空间内的气液两相流动.揭示了液滴的运动规律,分析了气液分离空间高度、气流速度以及液滴初始速度对液滴分离效率的影响.研究结果表明:液滴在飞溅进入气液分离空间后作减速运动,越小尺寸液滴的减速越为明显;液滴的分离效率随着气液分离空间高度的增加而提高并趋于稳定;在相同液滴初速度以及相同气液分离空间高度下,随着气流速度的降低,液滴的分离效率反而增大;随着液滴初始速度的提高,获得最大液滴分离效率所需的气液分离空间高度增加.在考虑液滴碰撞效应后,计算得到的液滴分离效率有所提高.     

旋转造粒制备Al-Pb合金颗粒

研究了用旋转造粒法制备Al-8Pb-3Si-2Sn-Cu合金颗粒的宏观特征与微观组织.研究结果表明Al-Pb合金颗粒的形状受合金熔体表面张力的影响,呈近球形,颗粒直径随熔体旋转速度的提高而减小;当颗粒直径小于3.9 mm时,合金的非平衡凝固可以克服Pb重力偏析,随颗粒直径的减小,合金凝固过程从非平衡过偏晶状态转变为非平衡亚偏晶状态,在微观上Pb分布更加均匀.     

垂直连铸凝固过程的数值模拟研究

采用基于Eulerian-Eulerian方法和合金凝固理论的液相-柱状晶-等轴晶三相凝固模型，对立式连铸工艺中结晶器内的凝固过程进行了研究.对比焓-多孔介质凝固模型，除热溶质浮升力导致的熔体流动，该三相凝固模型还考虑了柱状晶组织的生长、等轴晶组织的形成和演变以及游离等轴晶粒的沉浮，揭示了等轴晶沉降漂移作用对宏观溶质传输及凝固组织分布的影响.模拟结果显示铸坯中心处由等轴晶粒沉积形成的富等轴晶区存在溶质负偏析，紧邻该负偏析区域存在带状偏析区域.随着钢液过热度增加，等轴晶分布减少，中心处宏观偏析加重.     

基于原位观察的H13钢中液析碳化物高温行为研究

使用原位观察方法研究了不同凝固条件H13钢铸锭样品中液析碳化物的高温行为.实验发现连铸锭及电渣锭两种样品在所研究的枝晶间存在明显的合金元素偏析,其中Cr、Mo、V、C的偏析较为明显,液析碳化物存在于凝固枝晶间偏析最严重的区域,成分为V、Mo、Cr、Ti的液析碳化物.连铸锭及电渣锭两种样品分别在1200℃ 及1250℃ 围绕液析碳化物周围出现局部液相,理论计算的局部液相出现温度与实验观察到的接近;随着温度的升高,局部液相范围扩大,与电渣锭相比,加热至相同温度时,连铸锭液析碳化物周围的局部液相范围更大.液析碳化物周围局部液相的出现加快了枝晶间合金元素的扩散,对液析碳化物的高温行为具有重要影响.     

三元Cu60Fe30Co10包晶合金的亚稳液相分离与快速凝固

利用落管技术和DSC热分析方法, 研究了三元Cu₆₀Fe₃₀Co₁₀包晶合金的亚稳液相分离现象和快速凝固过程. 发现该合金在1623.5 K发生亚稳液相分离, 形成了两个液相分别凝固为fcc结构的Cu(Fe,Co)固溶体和bcc结构的Fe(Cu,Co)固溶体. 落管中快速凝固条件下, 合金过冷度和冷却速率均随液滴直径的减小而增大. 一定的过冷度水平是发生亚稳液相分离的必要条件, 同时冷速大小直接影响凝固组织演变. 随着冷速增大, Fe(Cu,Co)相逐渐细化, 弥散分布于Cu(Fe,Co)相基体中. 计算分析了Fe(Cu,Co)小液滴在Cu(Fe,Co)液相基体中的Stokes运动和Marangoni迁移, 发现在落管中微重力条件下Marangoni迁移速率明显高于Stokes运动速率, Fe(Cu,Co)小液滴的运动主要由Marangoni迁移支配. 在同一过冷度下, VM/VS随Fe(Cu,Co)小液滴直径的减小而增大. 对相同尺寸的Fe(Cu,Co)小液滴, 过冷度越大, VM/VS越大     

FGH95合金雾化熔滴凝固热学参数数值计算

运用等效热容法对等离子旋转电极雾化（PREP）FGH95高温合金熔滴在冷却凝固过程中的凝固热学参数进行了数值计算，给出了雾化熔滴在凝固过程中固液界面前沿的温度梯度及固液界面移动速率随固相分数的变化关系以及熔滴冷却速率和凝固时间随熔滴尺寸的变化关系。     

蛇形通道制备半固态A380铝合金浆料组织的演变

采用石墨质蛇形通道制备半固态A380铝合金浆料,并研究浆料制备过程中浆料组织的演变. 结果显示,合金熔体在蛇形通道内发生一次凝固,在其通道内壁的激冷和异质形核作用下形成大量的初生自由晶,半固态浆料的剩余液相在收集坩埚内发生二次凝固形成二次非枝晶. 初生晶粒的游离模型表明一部分初生自由晶直接生长为球晶,其他部分则成长为枝晶,枝晶在"自搅拌"的作用下发生缩颈和熔断,通过"自旋转"在蛇形通道内得到初步球化和熟化. 二次凝固形成的二次非枝晶在收集坩埚内得到初步球化和熟化,同时初生晶粒在收集坩埚内得到进一步球化、熟化和均匀分布.     

The liquid phase separation of Bi-Ga hypermonotectic alloy under acoustic levitation condition

Containerless treatment of Bi-58.5at%Ga hypermonotecUc alloy is successfully performed with acoustic levitation technique. Under acoustic levitation condition, the second phase （Ga） distributes almost homogeneously in solidification sample, opposite to macrosegregation in solidification sample under conventional condition. Stokes motion of the second liquid droplet （Ga） is significantly restrained under acoustic levitation condition. The analyses indicate that the melt vibration in the gravity direction forced by acoustic field can induce steady flow around the second liquid droplet, which influences droplet shape during its moving upward and consequently restrains Stokes motion velocity of the second liquid droplet.     

Simulation of Magnesium Alloy AZ91D Microstructure Using Modified Cellular Automaton Method

A two-dimensional modified cellular automaton model was developed to simulate the solidification process of magnesium alloy. The stochastic nucleation, solute redistribution, and growth anisotropy effects were taken into account in the present model. The model was used to simulate the grain size of magnesium alloy AZ91D for various cooling rates during the solidification process. To quantitatively validate the current model, metallographic experiments were carried out on specimens obtained from sand mold AZ...     

氮在Fe-Cr-Mn合金体系中的溶解度计算模型

基于前期的研究成果和规则熔体模型,建立了氮在Fe-Cr-Mn合金体系各相中氮溶解度计算模型.对18Cr-18Mn合金体系的计算结果表明,随着氮分压的增加,氮在各相中的溶解度增加,而且δ铁素体相区逐渐减小甚至消失,因此提高氮分压可避免合金体系在凝固过程中形成气孔.适当提高合金体系中奥氏体形成元素的含量,在合金体系凝固过程中氮溶解度较小的δ相区减小甚至消失,因此可减小氮在其凝固过程中的析出趋势.该模型的计算结果与前人的研究结果吻合得较好.     

铝硅合金相变材料凝固/熔化过程的数值分析

利用计算流体力学软件FLUENT的凝固/熔化模型,对双层壁圆筒内填充的铝硅合金相变材料的熔化/凝固过程进行了数值模拟,得到了在第3类边界条件下圆筒内相变材料在凝固/熔化过程中的动态温度场分布、相界面移动规律及凝固/熔化时间等,对蓄热装置的设计及实验研究提供了重要的参考价值。     

多元合金多晶粒枝晶生长的相场模型

基于多元合金多晶粒生长的等温相场模型,耦合温度场,提出一个新的相场模型.利用这个模型,以Al-Cu-Mg三元合金为例模拟多元合金凝固过程中多个晶粒的枝晶生长过程.结果表明,这个模型的计算结果展现了多个晶粒枝晶的竞争生长;在模拟中可以展现合金凝固中潜热的释放;能较真实地再现凝固过程中的枝晶生长过程.     

Al—Si合金凝固相变热的Fourier算法

应用Fourier有源热传导理论，使用装有两支热电偶的分析样环，研究了铝合金凝固相变热的Fourier算法及其计算机辅助分析系统。测量了含Si量分别为6.34%、7.68%和8.46%铝合金的凝固相变热。计算结果分别为407、411和429kJ/kg。与差热分析法比较，最大误差为5%，其计算精度远高于Newton算法。实验结果证明，使用凝固始点和终点的热扩散系数αs、αe和Newton迭代法来计算凝固区间的“零”曲线具有更好的精度，所确定的“零”曲线更接近凝固相变的自然过程。说明建立在这种算法上的合金凝固质量计算机辅助冷却曲线分析系统，可广泛地用于材料加工过程的信息和参数计算。     

泡沫铝合金析液与凝固过程数值模拟研究

通过对析液方程和能量守恒方程的耦合,建立了吹气法生产泡沫铝过程中泡沫铝合金析液与凝固过程的一个数学模型,计算了铝合金体积分数和温度在泡沫铝合金凝固过程中随时间、空间的变化.从数值模拟角度对粘度、表面张力和重力加速度等参数对凝固过程的影响进行了定量分析,模拟结果表明:在干泡沫凝固过程中,析液过程和凝固过程是相互作用的,凝固时间以及凝固后固体体积分数的分布与熔体泡沫析液现象有直接关系,熔体物性参数和生产环境对凝固时间和泡沫的孔隙率有较大影响.