电磁场作用下材料加工新技术

材料电磁加工已成为金属材料基础研究和开发制备新技术的重要领域 .在材料制备过程中施加电磁场 ,不仅改善了金属铸坯的外部质量 ,而且细化了铸坯内部的凝固组织 .随着超导强磁场技术的发展 ,电磁场在控制金属凝固、改善电镀质量及防止金属腐蚀等方面将越来越重要 .     

超声功率对锡锑合金凝固组织的影响

超声处理是改善金属凝固组织、提高材料力学性能的一种有效方法。该文研究了不同功率的高能超声对锡锑合金凝固过程的影响，分析了高能超声细化凝固组织的机理。随着声声功率的增加，合金组织得到了均匀细化，偏析消除；但功率提高到一定程度，细化作用衰减。     

ZL201合金半固态电磁流变成形组织与性能

利用电磁场对合金熔体的作用研究交流电磁场下ZL201合金半固态电磁流变成形工艺、组织与性能.结果表明:在18 A,50 Hz的交流电磁场作用下,金属液温度650±1℃,模具温度510±1℃时,可以获得表面光洁、尺寸精度高、微观组织致密、内部无气孔和夹杂等缺陷的成形件.其硬度可达108HV5,是不加电磁场流变成形件的1.5倍.该研究为铝合金半固态电磁流变成形技术的应用奠定了基础.     

共晶合金凝固组织数值模拟的研究进展

论述了共晶合金凝固组织数值模拟的主要方法和研究进展。指出以合金的化学成分及冷却过程的工艺参数为条件，模拟其凝固组织的形成过程，将成为共晶合金凝固过程微观模拟的新的发展方向。     

不同磁场作用下ZK60镁合金的凝固组织

实验研究了镁合金ZK60在无磁场、低频交变电磁场和静磁场作用条件下凝固的微观组织形貌及合金元素的分布;此外还数值模拟了凝固过程中的磁场分布·实验结果表明,在镁合金的凝固过程中施加低频交变电磁场或静态磁场都能有效细化晶粒及影响合金元素在晶内和晶界上的分布,并且晶界上的网状共晶组织变得不连续;在相同电源电压的条件下,静磁场细化晶粒的效果明显优于低频磁场,在静磁场条件下,聚集在晶界上的共晶化合物显著减少,在晶内和晶界附近存在大量弥散的近似球状化合物质点,这有利于提高镁合金的综合性能·     

高压变熔点过冷大体积近快速凝固

依据压力可以改变某些金属的熔点的原理,设计了高压大体积凝固工艺,对液态金属施加高压,提高熔点,其凝固过程不依赖于散热速度,而只取决于加压速度,从而实现大体积的近快速凝固,对高压凝固过程的相关参数进行了数值模拟,并对过晶Ａｌ－Ｓｉ合金的高压凝固组织进行了初步探讨。     

Al-Ti-B中间合金微观组织的形成与演变

为了优化中间合金细化剂的组织,进而提高细化性能,采用氟盐铝热反应法制取A l5T i1B中间合金。在化学反应热力学和动力学基础上,对中间合金典型的铸态微观组织进行了分析,并通过对比热挤压前后的微观组织,研究挤压工艺对组织的影响。结果表明,铸态条件下T iB2主要呈4种分布形态:附着在T iA l3上,分布在T iA l3之间,规则排列在晶界处,形成团聚。经热挤压之后T iA l3颗粒尺寸减小,表面趋于平滑,挤压过程中发生的再结晶现象使T iB2分布均匀弥散。要取得理想的中间合金组织,优化挤压工艺同控制化学反应和铸造凝固条件一样重要。     

Nd_2Fe_(14)C/α-Fe系稀土永磁材料微观组织及磁性能

为了提高纳米双相稀土永磁材料Nd2Fe14B/α-Fe的性能,研究了一种新型合金Nd9.0Fe85.5Nb1.0B4.0C0.5。在合金中添加碳可提高矫顽力,添加钕可细化晶粒;合金的淬态微观组织显著影响其磁性能,合金中的部分预析出微晶相有助于在随后的热处理中获得均匀的微观组织;在热处理工艺中,晶化退火温度和时间对合金微观组织结构具有显著影响,并影响合金的磁性能。使用原子力/磁力显微镜观察Nd-Fe-(BC)/α-Fe纳米复合磁体的微观组织及磁畴结构,并由此对纳米双相稀土永磁材料中的交换耦合作用进行了解释。结果表明,最佳热处理工艺为:700℃保温15min,其性能为:剩磁1.381Wb.m-2,矫顽力518.05kA.m-1,剩磁比0.74,最大磁能积137.75kJ.m-3。     

挤压工艺生产高性能不锈钢管

采用热挤压和冷轧工艺生产HR3C无缝钢管,金属冷成型过程和成品性能均表明热挤压加冷轧工艺生产高合金难变形材料具有明显优势.热挤压加工变形时金属承受三向压应力,可以提高金属的综合性能;通过冷轧加工改善管材表面质量和尺寸精度,可以确保材料在特殊环境中使用安全性更高.     

Nd2Fe14(BC)/α-Fe系稀土永磁材料微观组织及磁性能

为了提高纳米双相稀土永磁材料Nd2Fe14B/α-Fe的性能,研究了一种新型合金Nd9.0Fe85.5Nb1.0B4.0C0.5. 在合金中添加碳可提高矫顽力,添加钕可细化晶粒; 合金的淬态微观组织显著影响其磁性能,合金中的部分预析出微晶相有助于在随后的热处理中获得均匀的微观组织; 在热处理工艺中,晶化退火温度和时间对合金微观组织结构具有显著影响,并影响合金的磁性能.使用原子力/磁力显微镜观察Nd-Fe-(BC)/α-Fe纳米复合磁体的微观组织及磁畴结构,并由此对纳米双相稀土永磁材料中的交换耦合作用进行了解释.结果表明,最佳热处理工艺为 700 ℃保温15 min, 其性能为 剩磁1.381 Wb*m-2, 矫顽力518.05 kA*m-1, 剩磁比0.74, 最大磁能积137.75 kJ*m-3.     

难热变形钢铁材料的热塑性研究进展

为进一步提高钢铁材料在恶劣服役环境下的服役性能,各类高合金含量钢铁材料不断问世,但随之引起的热塑性降低问题也增加了热塑性加工难度。本文介绍了难热变形钢铁材料的热塑性影响因素以及提高热塑性的方法。高合金含量下的特殊物理性能、粗大凝固组织、成分偏析、杂质元素、有害析出相等是恶化高合金钢铁材料热塑性的主要因素。通过一定工艺手段净化钢液、强化晶界、改善铸态凝固组织等可提高难热变形钢铁材料的热塑性。提出了未来难热变形钢铁材料热塑性研究重点,即利用金属学相关原理,深入分析热塑性变形过程中各因素对位错、层错、孪晶、常规晶界、相界面行为的影响规律,从热塑性变形机理角度设计工艺方法以提高难热变形钢铁材料的热塑性。     

定向凝固过程流动、传热、传质的耦合数值模拟-Ⅰ数学模型

为了研究电磁场作用下定向凝固过程中电磁场对动量、能量和溶质分布的影响,建立了描述多元合金凝固过程多物理场耦合关系的数学模型．基于伪二元思想,模型给出了液相线温度与固相分数及液相多元溶质浓度的耦合关系式．依据控制容积的有限差分法(CV-FDM)建立了微分方程的隐式离散格式,采用SIMPLE方法求解．运用该模型通过数值计算可以将工艺参数和凝固过程很好联系起来,为电磁场作用下多元合金定向凝固过程的分析计算和实验提供理论依据．     

连续铸造稳态温度场非物理边界条件的确定

建立了描述连续铸造过程的温度场模型,用外推法得出凝固金属在结晶器出口侧的非物理边界条件模型,使稳态温度场的计算精确高效.利用该温度场模型及非物理边界条件模型计算了Al-Cu合金在半连续铸造过程中的稳态温度场,并以此确定的介观温度场作为液固相变模拟的条件,用多尺度计算技术模拟了Al-10%Cu合金在不同浇注温度时的凝固组织,得到了晶粒形貌和分布合理的微观组织.对ZL201合金的近液相线铸造组织的模拟结果与实验吻合.研究表明:该温度场模型及非物理边界条件模型适于稳态连续铸造过程的模拟,并可为金属凝固组织的多尺度模拟提供正确的温度场数据.     

内冷搅拌法细化AZ系镁合金半固态浆料初生相的研究

提升镁及其合金强度和室温韧性是扩展镁及其合金应用的关键技术,对镁合金凝固过程半固态处理是改善微观组织、提高产品质量的一个重要工艺途径。因此,本文提出内冷搅拌法制备非枝晶AZ系镁合金半固态浆料,采用快速淬火研究内冷搅拌过程AZ系镁合金半固态浆料初生相演变规律。通过观察金相微观组织发现,在金属熔体与平衡体质量比为3:1、平衡体温度为室温、熔体温度高于液相线20oC时,随着平衡体旋转速度增加,熔体整体温度梯度减小,凝固组织从粗大枝晶逐渐变为细小近球晶;随着旋转平衡体搅拌时间延长,浆料组织分散变得均匀,后续由于晶粒生长,晶粒出现团聚;Al元素含量增加能够细化自然凝固初生相α-Mg,而内冷搅拌法对AZ系镁合金半固态处理发现,Al元素含量虽然一定程度上细化初生相α-Mg,随着内冷搅拌条件引入,Al元素含量增加细化程度较小,而内冷搅拌条件是细化初生相α-Mg的主要因素。     

低压脉冲磁场在材料凝固组织中的研究新进展

介绍了低压脉冲磁场对纯金属、低熔点合金和复合材料等凝固组织影响的最新研究进展。并分析了低压脉冲磁场在材料凝固组织的颗粒细化机理以及对非晶态合金的晶化机理。低压脉冲磁场在纯金属、铜合金等材料凝固组织晶粒细化取得了一些显著效果,但低压脉冲磁场对材料凝固的研究还存在初始阶段,还需要在脉冲磁场参数与晶粒细化效果及影响机制、焦耳热导致枝晶尖端温度升高和脉冲磁场对二次相析出的影响等方面还需要进一步的研究。     

定向凝固过程流动、传热、传质的耦合数值模拟-I 数学模型

为了研究电磁场作用下定向凝固过程中电磁场对动量、能量和溶质分布的影响，建立了描述多元合金凝固过程多物理场耦合关系的数学模型．基于伪二元思想，模型给出了液相线温度与固相分数及液相多元溶质浓度的耦合关系式．依据控制容积的有限差分法（CV—FDM）建立了微分方程的隐式离散格式，采用SIMPLE方法求解．运用该模型通过数值计算可以将工艺参数和凝固过程很好联系起来，为电磁场作用下多元合金定向凝固过程的分析计算和实验提供理论依据．     

电磁场控制连铸结晶器内弯月面区域金属流动状态的试验研究

在连铸实验装置上 ,以低熔点Ｐｂ Ｓｎ Ｂｉ合金和硅油分别模拟钢液和保护渣 ,对施加电磁场前后弯月面区域金属流态进行了试验研究·结果表明 :双条形电磁场对弯月面区域的金属运动速度有较强抑制作用 ;能够改善连铸坯初凝固壳生成和生长的条件·电磁场控制连铸结晶器内弯月面区域金属流动状态的试验研究@张雅静 @符广 @于光伟 @贾光霖 @高允彦     

旋转磁场对Zn-7Cu-0.25Mn合金水平连铸坯组织性能的影响

对Zn-7Cu-0.25Mn合金在有无旋转磁场下水平连铸坯横截面宏观组织、微观组织的形貌及铜元素的分布进行比较分析,探讨旋转磁场对Zn-7Cu-0.25Mn合金水平连铸坯组织和性能的影响。结果表明,当拉坯速度保持为53.3mm/min时,施加频率为30Hz、电流强度为100A的旋转磁场,可以消除铸坯因为重力作用导致下部凝固速度大于上部凝固速度、最终凝固位置偏离中心线上移的现象;旋转磁场对水平连铸坯的凝固组织具有明显的细化作用,并且使铸坯的铜偏析现象得到明显改善;施加旋转磁场后铸坯的平均硬度较施加前略有提高。     

柱塞激光熔覆镍基合金工艺与组织结构分析

本工作针对高压匀质机柱塞应用背景,在奥氏体不锈钢为基材的柱塞上激光熔覆镍基硬面合金,对其工艺、微观组织结构和性能进行了较深入的分析研究．通过扫描电镜、Ｘ光衍射、金相等微观分析方法,对快速凝固激光熔覆合金层的非平衡态微观组织特性与其性能关系进行研究．结果表明：在激光熔覆柱塞表面获得了镍基硬面合金层与不锈钢基材的优良冶金结合;合金层微观组织为超细的共晶组织,在含Ｃｒ、Ｓｉ、Ｃ、Ｂ元素的过饱和γＮｉ（Ｆｅ）奥氏体基体中,均匀分布着细密的树枝状碳化物、硼化物及硅化物;这是它具有良好的力学性能和耐磨耐蚀使用性能的关键．还对热喷涂柱塞进行了微观组织结构和性能的对比分析     

定向凝固包晶合金相和微观组织选择研究进展

综述了定向凝固包晶合金相和微观组织选择的理论模型和实验研究进展,分析相和微观组织的选择规律,同时讨论了对流对凝固微观组织的影响。依据国内外对包晶合金凝固的研究现状,提出进一步研究的方向。