α-Al磁性对强磁场下Al-Cu亚共晶合金定向凝固组织的影响

以Al-Cu亚共晶合金为研究对象,考察了α-Al单晶磁各向异性对稳恒强磁场下定向凝固枝晶组织生长行为的影响.实验测定了α-Al单晶不同晶向的磁化率.结果表明:Al-Cu单晶中的磁化现象表现出明显的方向性;难磁化轴为晶体学位向111方向,即磁化率最小;易磁化轴为晶体学位向311或310方向,即磁化率最大;磁化率随Cu原子数量的增加而降低;[111]晶向族中4个晶向的磁化率不再一致.对于Al-0.85%Cu合金,当生长速度为50μm/s时,在无磁场情况下其定向凝固枝晶主干沿凝固方向排列;当施加6 T纵向强磁场时,枝晶主干偏离凝固方向成一定夹角排列,这一现象可能是由α-Al磁晶的各向异性所致.     

强磁场下Cu-25%Ag合金的凝固行为

研究了强磁场对Cu-25%Ag(质量分数)合金凝固组织的影响,分析了不同磁场条件对合金凝固组织的作用机理.研究发现,均恒磁场和梯度磁场对合金的凝固组织有重要影响,改变了富Cu枝晶形貌和尺寸,无磁场条件下初生富Cu枝晶分布不均匀,一次枝晶比较长且粗大,枝晶主要以柱状枝晶为主;在12 T磁场条件下,富Cu枝晶分布比较均匀,一次枝晶变短、粗化,枝晶主要以胞状枝晶为主;在负梯度磁场条件下,富Cu枝晶分布不均匀,在试样下部,树枝晶减少,以小平面方式生长的粗大胞晶为主.通过实验研究表明,利用均恒强磁场控制Cu-Ag合金凝固组织,细化晶粒、减小偏析是具有可行性的.     

Cu/Al管气体火焰钎焊接头特征及热力学分析

通过计算Cu/Al管氧乙炔气体火焰钎焊条件下形成金属间化合物的各化学反应的熵变,对Cu/Al金属间化合物的形成及向CuAl2转化的趋势进行了化学热力学分析;结合XRD、SEM、EDS研究了Cu/Al管氧乙炔气体火焰钎焊接头组织与元素分布特征。结果表明,Cu/Al管氧乙炔气体火焰钎焊条件下,接头中脆性金属间化合物CuAl2由Cu、Al原子的直接结合和其他Cu/Al金属间化合物与Al原子的继续反应生成,其中CuAl自主转化趋势较强;热力学计算分析与接头XRD分析结果一致。钎焊接头可分为3个特征区域:靠近Al基体侧形成了宽度约30μm的α-Al与α-Al+CuAl2二元共晶区;钎缝中心偏Al基体一侧形成了宽度约150μm组织细密的多元共晶组织区;钎缝中靠近Cu基体宽度约120μm区域,Cu的大量扩散并与Al充分反应,形成了粗大珊瑚状CuAl2。     

强磁场对Al-Cu合金凝固组织及溶质分布的影响

对亚共晶Al-10.5%Cu(质量分数)合金进行了均恒强磁场和梯度强磁场下的凝固实验,考察了强磁场对凝固组织形貌及α-Al晶粒内溶质含量的影响.实验结果表明,施加均恒强磁场和梯度强磁场后,组织形貌变化不明显,而α-Al晶粒内溶质含量有所增加.分析认为,这是因为强磁场下的洛仑兹力抑制了凝固过程中固液界面处的Cu原子向液相内的迁移,从而提高了溶质元素在α-Al晶粒内的含量.改变梯度强磁场的方向,α-Al晶粒内溶质含量无明显变化.     

CO2激光焊接快速凝固耐热铝合金AA8009

采用3种不同的焊接速度（0.6, 1.5和2.4 m/min）, 对板厚为1 mm的耐热铝合金AA8009进行CO2激光焊接. 研究结果表明： 在焊接冷却速度为102～103 ℃/s时, 焊缝中心凝固组织为亚共晶组织, 大量细小的第二相粒子弥散分布在细小近等轴的α-Al中;在熔化区边界存在大量粗大的针状相分布在粗大胞状枝晶α-Al中;提高焊接速度可改善焊接接头组织和性能, 当焊接速度为2.4 m/min时, 焊缝组织类似于基材组织;焊接接头断裂发生在熔化区边界.     

快速凝固AlNiCuNd金属玻璃在纳米尺度上的初始晶化行为

采用熔体旋甩法制备了快速凝固Al87Ni7Cu3Nd3金属玻璃,并以等温加热和非等温加热模式处理试样.采用差示扫描量热分析、X射线衍射分析、配有选区电子衍射的高分辨电镜分析等测试手段,研究了富Al非晶合金的晶化过程及其部分晶化的微观结构.研究结果表明:快淬态薄带在微观下完全呈非晶态且分布均匀,但也包含高密度的淬态丛聚或晶籽;快速凝固Al87Ni7Cu3Nd3合金薄带在初始晶化期间从非晶基体中析出的主要是α-Al纳米晶体颗粒.基于初始晶化的部分退火薄带显微组织特征可以描述为:大量的α-Al晶体纳米颗粒均匀弥散分布在残余非晶基体中,α-Al晶体颗粒大多处于相互独立的状态,且呈随机自由取向,但当加热温度太高时,可能会有少量Al3Ni细小颗粒出现;α-Al晶体从非晶中析出是一个包括形核长大的完整过程,在初始晶化初期,α-Al晶体颗粒以极高的速率析出,由于溶质(Ni和Nd等)浓度扩散场所引起的软钉扎作用,α-Al晶体颗粒生长受阻,甚至在后期残留非晶相出现稳定化,初始晶化变得困难;在初始晶化过程中,阻碍α-Al晶体生长的主导动力学机制是软钉扎,而不是几何钉扎.     

Al-La合金不连续枝晶组织形成机理

在Al-La合金的自由凝固试样中,发现Al-35%La合金组织形貌的特殊性,其先结晶相Al11La3枝晶沿主干方向成分是不连续的. 为验证这种组织存在的真实性,采用定向凝固方法制备了不同冷却速度下的Al-35%La合金试样,结果显示出定向凝固Al-35%La合金中Al11La3枝晶沿主干方向成分是不连续的. 在此基础上,分析了化学成分与凝固速度对Al-La合金组织的影响,并初步探讨了这种不连续枝晶的形成机理.     

自由落体条件下三元Al-Cu-Ag合金的快速凝固

三元Al-30％Cu-18％Ag合金在自由落体条件下发生快速凝固,形成由θ（Al2Cu）,α（Al）和善（Ag2Al）三相组成的凝固组织．测定其固相面与液相面温度分别为778和827K,实验获得过冷度最大达△TMax=171K（0．20TL）．在对过冷行为和形核能力计算的基础上,分析了该合金快速凝固组织的演变规律．发现过冷度随合金液滴直径减小而呈指数形式增加,在整个过冷范围内,θ（Al2Cu）相的形核率最大,ξ（Ag2Al）相的形核率最小．当△T〈78K时,初生的θ（Al2Cu）相生成粗大枝晶;当78≤△T≤171K时,θ（Al2Cu）相晶粒细化,与α（Al）两相交替生长;当△T≥171K时,形成了以（θ＋α＋ξ）三元不规则共晶团为主要特征的凝固组织．     

ZnAl10Cu2合金铸态显微结构及相结构分析

通过金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等对ZnAl10Cu2合金的铸态显微结构和相结构进行了观察和分析,并对其组织的形成机制进行了研究.研究表明:铸态ZnAl10Cu2合金的凝固组织由初生枝晶α1及其外围的棒状共晶(α2+β)组成,在随后的冷却过程中初生α1相和共晶组织中α2相均发生共析反应,得到层片状共析组织(α+η),而在室温时效中未完全转变的α1相和α2相均发生不连续沉淀形成粒状沉淀组织,其中初生α1相,为富Al相,是Zn在Al中形成的固溶体,属于强化相,晶体结构为面心立方,β为富Zn相,晶体结构为密排六方.     

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.     

Microstructure evolution of laser rapidly solidified Al-Mn alloys

A series of laser surface remelting experiments of Al-1.1, 3.2 and 5.6 wt% Mn alloys has been conducted using a 5 kW CW CO2 laser, and the microstructures of samples have also been investigated. The experimental results show that no apparent eutectic growth appears in the whole growth rate range for Al-3.2 wt% Mn alloy under laser rapid solidification condition, and the microstructure grows in the form of α(Al) cell/dendrite. With the increase of growth rate, the microstructures of Al-5.6wt%Mn alloy change from Al6Mn dendrite to α(Al) +Al6Mn eutectic, α(Al) cellular/dendrite and segregation-free solid solution. The critical rates of Al-1.1, 3.2 and 5.6 wt% Mn alloys to attain absolute stability are 44.1, 134.6 and 230.1 mm/s respectively, and a reasonable agreement has been found between the experimental results and those calculated according to Mullins-Sekerka's theory.     

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。     

Effect of frequency and intensity of rotating magneticfield on the microstructures of Pb-Sn alloys

The solidification microstructures of Pb-45% Sn hypoeutectic and Pb-85%Sn hypereutectic alloys were studied in rotating magnetic field （RMF）. A transition of primary phase from dendrite to spherical growth was caused by the RMF, which simultaneously fractured and fined grains. The fracture and refinement increased first and then decreased with the increase in RMF intensity. When magnetic intensity exceeded a critical value, the size of the primary phase became bigger on the contrary. Therefore, there existed an optimum value of magnetic intensity in fracture and refinement of grain. Moreover, the rotating frequency determined the skin depth of magnetic field, and further affected the homogenization of temperature and solute. The rotating frequency and magnetic intensity were key factors affecting refinement and uniformity of solidification microstructures. The introduction of RMF not only changed the solidification thermodynamics, but also led to a reduction in Gibbs free energy associated with the formation of critical crystal nucleus and atom diffusion activation energy, thus enhancing the rate of nucleation.     

溶体超声处理对7050铝合金铸锭微观偏析的影响

采用不施加超声、施加300、1 000 W功率超声三种工艺处理半连铸成形7050铝合金大扁锭,并对不同铸锭的第二相形貌、溶质元素含量变化进行了分析.结果表明:经超声处理的铸锭,非平衡共晶组织变得细小而分散;超声作用下Zn、Mg和Cu元素的成分曲线较常规铸锭平缓,1 000 W超声作用效果更加明显,其Zn、Mg和Cu的晶内相对溶质固溶度分别提高6.36%,19.44%和10.14%;超声处理增大了各溶质元素的有效分配系数k_e值,凝固初期的增幅为0.04~0.24;1 000 W超声作用使铸锭芯部及边部区域的微观偏析得到有效弱化,而芯部距离边部1/2处作用效果相对较差;由于超声加速了凝固前沿的冷却速度,使更多的溶质原子固溶到α-Al中,Zn、Mg和Cu元素在铸锭中的微观偏析得到了改善.      

Rapid solidification of undercooled Al-Cu-Si eutectic alloys

Under the conventional solidification condition, a liquid aluminium alloy can be hardly undercooled because of oxidation. In this work, rapid solidification of an undercooled liquid Al_80.4Cu_13.6Si₆ ternary eutectic alloy was realized by the glass fluxing method combined with recycled superheating. The relationship between superheating and undercooling was investigated at a certain cooling rate of the alloy melt. The maximum undercooling is 147 K (0.18T _E). The undercooled ternary eutectic is composed of α(Al) solid solution, (Si) semiconductor and θ(CuAl₂) intermetallic compound. In the (Al+Si+θ) ternary eutectic, (Si) faceted phase grows independently, while (Al) and θ non-faceted phases grow cooperatively in the lamellar mode. When undercooling is small, only (Al) solid solution forms as the leading phase. Once undercooling exceeds 73 K, (Si) phase nucleates firstly and grows as the primary phase. The alloy microstructure consists of primary (Al) dendrite, (Al+θ) pseudobinary eutectic and (Al+Si+θ) ternary eutectic at small undercooling, while at large undercooling primary (Si) block, (Al+θ) pseudobinary eutectic and (Al+Si+θ) ternary eutectic coexist. As undercooling increases, the volume fraction of primary (Al) dendrite decreases and that of primary (Si) block increases. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50121101, 50395105) and the Doctorate Foundation of Northwestern Polytechnical University (Grant No. CX200419)     

Effects of Sr addition on the microstructures and mechanical properties of in-situ ZrB_2 nanoparticles reinforced AlSi9Cu3 composites

The effects of Sr addition on the microstructure and mechanical properties of in-situ ZrB_2 nanoparticles reinforced AlSi9Cu3 composites synthesized via direct melt reaction were systematically investigated. The addition of Sr could modify the morphology of eutectic silicon particles and refine the second dendrite arm spacing of α-Al dendrites.Alternatively, the ZrB_2 nanoparticles were also refined and distributed more homogenously, and nanoparticle agglomerations were reduced with the addition of Sr element. The results demonstrated that the addition of 0.06 wt% of Sr element can reach the optimal refinement of the second dendrite arm spacing of α-Al and the modification of eutectic Si. In this case, the ultimate tensile strength, yield strength and elongation reached 330 MPa, 226 MPa and 15.70%, respectively, which were remarkably enhancement in comparison with the base alloy.     

自适应有限元法对合金定向倾斜枝晶生长的相场法模拟

建立了合金定向倾斜枝晶生长的相场模型,采用非均匀网格的自适应有限元法求解薄界面层厚度条件下的相场模型,研究了Al-Cu(w(Cu)=4%)合金的倾斜枝晶演化过程,定量分析了冷却速率、主晶间距对凝固组织的影响.结果表明:冷却速率、主晶间距和抽拉速度可以控制倾斜枝晶的生长角度,随着冷却速率的增加,枝晶的生长会偏离择优取角向温度梯度方向偏转,反之主晶间距和抽拉速度增大,枝晶的生长角度逐渐从温度梯度方向朝着晶体择优方向偏转.此外,自适应有限元法相较于均匀网格法在CPU的运行时间上降低了一个数量级,并且随着计算域的增大,自适应有限元法的计算效率越高.     

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.