强磁场对定向凝固Pb-Sn共晶生长影响的初步研究

在10 T强磁场下对Pb-Sn共晶合金沿垂直向上方向进行定向凝固实验,分析了强磁场对共晶生长的影响.实验发现,强磁场下耦合生长的Pb-Sn共晶两相的排列方向明显偏离垂直方向,极端情况下甚至出现近似横向的排列.这种现象的产生与领先相Pb的磁性能相关.     

电磁搅拌对Al-Si共晶合金凝固组织的影响

研究了在电磁搅拌凝固条件下，Al-Si共晶合金凝固组织中初生Si、共晶Si及初生α相的变化规律，表明电磁搅拌强迫流动具有使小平面-非小平面两相的共协生长中小平面相分枝减少的作用及电磁搅拌所产生的液相成分均匀化的作用是初生Si、初生α相明显减少的主要原因。     

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.     

过共晶Fe-C-Cr合金定向凝固组织的定量化

过共晶Fe-3.12%C-35.9%Cr及Fe-2.80%C-33.1%Cr合金在定向凝固时,初晶碳化物(Fe、Cr)_7C_3以六角形棒状析出。随着凝固速度(R)的增加,初晶的间距(λ)变小,并服从下式:λ=BR~(-0.234)同时,初晶碳化物的平均直径(d)及体积分数(V_f)也是随凝固速度的增加而减少,有如下的关系:■=AR~(-0.234)V_f=CR~(-0.394)在本实验中,含碳量高者,初晶的■、λ、V_f,均增大。初晶碳化物的侧向生长速度为:R_r=A(?)2(?)G/△T R~(0.569)当凝固速度降低或含碳量减少,初晶碳化物将从实心六角形棒变成中空的六角形棒。本文并对初晶生长的过冷度作了推导,得出了下面的公式:△θ=(ABm(K-1)C_0G)/(D⊿T) R~(0.335)     

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.     

脉冲电流频率对Al-Cu合金定向凝固组织演变的影响

采用自行设计的定向凝固装置进行Al-Cu合金定向凝固行为研究,研究Al-5%Cu合金在脉冲电流作用下微观组织的演变特征.结果发现:脉冲电流的导入明显改变了定向凝固的Al-Cu合金凝固组织形态,不同频率的脉冲电流具有不同的影响效果,在100Hz的小频率电流作用下,合金的定向凝固特征加强,枝晶结构不明显,但定向凝固形成的柱状晶半径加大,随着电流频率增大到200Hz,二次枝晶结构开始显现,组织呈现树枝状结构特征,当300Hz电流频率时,组织结构呈现排列整齐的的骨架结构,随着电流频率继续增加到400Hz时,组织变为细小的树枝状结构特征,组织整体比较细小,而且分布较均匀,在500Hz高频率电流作用下,组织又显得粗大,呈现向等轴晶转化趋势.     

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。     

过冷熔体的定向凝固

提出了过冷单相合金的定向凝固问题,与常规定向凝固不同,这种定向凝固是在界面前负的温度梯度之下进行的,其进行的必要条件是热扩散作用在枝晶生长过程中处于主导地位,以Ｃｕ－３０％Ｎｉ的合金进行实验,在１０５～１５５Ｋ的过冷度范围内获得了定向凝固组织,实验结果同时表明,该定向凝固的最终组织为单晶体。     

强磁场对Al-4.5％Cu合金枝晶生长行为影响的初步研究

以Al-4.5%Cu合金为对象进行了稳恒强磁场对枝晶生长行为影响的初步研究,发现10 T的强磁场明显影响了Al-4.5%Cu枝晶定向生长组织.生长速度R在5,10,20μm/s时,无磁场的条件下形成规则的树枝晶的组织,施加10 T强磁场后,界面淬火枝晶组织变得不规则,在随后的凝固过程中树枝晶组织几乎消失,形成接近胞晶形态的组织.磁场强度达到4 T以上后,枝晶间距明显增加.施加强磁场后宏观组织细化,晶粒增多,形成定向凝固下的等轴晶组织的特殊现象.随着生长速度的增加,磁场的作用逐渐减弱.     

Pb-6％Bi合金熔体结构转变及其对凝固的影响

通过Pb-6％Bi(质量分数)合金熔体的电阻率-温度行为，揭示在第一轮升温过程于813.3～1 135.9℃温度区间内发生熔体结构状态不可逆的变化；探索熔体状态对凝固行为与组织的影响，并利用牛顿热分析法(NrA)计算凝固潜热及固相分数随时间的变化。研究结果表明：当合金熔体经历结构转变后，凝固过冷度从5.4℃增大到8.4℃，凝固潜热从5.33×107 J/m3增加到7.08×107J/m3，凝固所需时间由28 s增加到39 s，凝固组织显著细化。熔体结构变化是合金熔体中Bi-Bi共价键原子团簇分解所致，且这一过程是一个熵增的过程，新的熔体结构更加均匀无序；当温度降低时，这些团簇不会重新形成。这会使得凝固形核需要有更大的过冷度，形核率增加，晶体生长速度降低，从而致使组织细化。不同的熔体结构状态对凝固有明显的影响。     

扰动对单相合金定向凝固固液界面生长形态的影响

研究了扰动对单相合金在定向凝固过程中平面晶和胞晶固液界面生长形态的影响规律，给出了单相合金由平面晶向胞晶转变的临界条件及胞晶稳定生长的条件，首次用非线性理论中的线性稳定性理论，证明了单相合金在定向凝固过程中，固液界面由平面晶向胞晶转变和胞晶生长的分太 亚临界分叉；利用有机物模拟合金ＢｒＣ４在固液界面的面前沿有扰动的情况下进行实验，研究了固液界面前沿扰动对固液界面平胞转变和胞晶生长的分叉机制的影响规     

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.     

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.     

强磁场对Al-12.6%Si合金变质效果影响

研究了强磁场对共晶铝硅合金变质效果的影响．对共晶Al—12．6％Si合金进行Na盐变质处理,发现施加强磁场的条件下,在变质剂反应温度下保温20min,共晶硅细化,并呈现一定程度的粒状化,其变质效果明显优于不施加强磁场．760℃下延长保温时间至40min,未施加强磁场条件下的试样出现严重的变质衰退现象,施加强磁场的试样变质衰退现象相对教轻．在施加强磁场条件下,即使保温40min,其变质效果也优于不施加强磁场时保温20min时的,即强磁场具有一定的延长变质有效时间的作用．分析认为强磁场抑制对流是其中的原因之一．     

NiAl-Cr(Mo)基共晶合金显微组织与力学性能的研究

通过在NiAl-Cr(Mo)合金中添加Ti、Hf 、Nb、W难熔金属研究其铸态合金、经热处理后和定向凝固合金的显微组织和力学性能.研究结果表明,铸态合金中存在4个相,即NiAl 相,α-Cr固溶体,Cr2Nb相和 Ni2Al(Ti,Hf) 相,其高温强度得到提高,在1100℃的屈服强度是467MPa,室温压缩塑性是17.87% ;经处理后的铸态合金和定向凝固合金中无Cr2Nb相,转变为富含Hf的(Hf,Ti,Nb)相;定性凝固合金的屈服强度优于铸态合金,其断裂韧性比铸态合金提高31%.     

初晶石墨对铸铁共晶凝固的影响

采用等温凝固液淬的方法研究了稀土铸铁中初晶石墨的形态及其对共晶凝固的影响。结果表明：稀土铸铁中初晶石墨既可成为球状也会长成蠕虫状并能提高共晶凝固过程中的共晶团数。     

深过冷Ni-Sn共晶合金凝固组织的演化及非规则共晶的形成

采用熔融玻璃净化配合循环过热方法使 Ni-Sn共晶合金实现了深过冷快速凝固，并对其凝固组织随初始过冷度（ΔΤ）的演化规律进行了研究.发现当ΔΤ<65K时，凝固组织为规则层片状共晶或羽毛状共晶.ΔΤ>65K时，非规则共晶在凝固组织中出现，随ΔΤ的增大，非规则共晶体积分数逐渐增大，并在ΔΤ>140K时，凝固组织完全由非规则共晶组成.利用单相枝晶再辉后的熔断理论，解释了非规则共晶的形成机制.     

声悬浮条件下Ag-Cu共晶合金的无容器凝固研究

采用声悬浮技术结合激光加热,实现了Ag-Cu共晶合金的无容器熔化与凝固,并通过CMOS图像分析与数值计算,研究了声悬浮过程中合金熔体的温度场分布特性.由于声辐射压作用,合金熔体在声悬浮条件下呈现扁球或圆饼形,表面温度沿赤道点到极点方向升高.凝固样品表面出现涟漪状波纹,统计分析发现,该表面波纹出现在大变形(a/b>2.1)的样品上.波纹中心为共晶形核点,且波纹传播方向与共晶生长方向相同.分析表明,表面形核以及形核后辐射推移的固液界面是形成表面波纹的先决条件.声场的增强能够促进悬浮样品在表面形核.     

强磁场对半无限Al/Cu固液扩散偶凝固组织的影响

采用半无限Al/Cu扩散偶法,对磁场下Al-Cu合金凝固组织进行研究.结果表明:由于沿扩散方向Cu原子分数逐渐减小,凝固时,沿凝固方向依次生成α-Al胞/枝状晶等组织、Al-Al2Cu共晶组织和Al2Cu过共晶组织;在不同磁感应强度下(0～12 T),各组织发生了明显变化,胞状晶消失,枝晶粗化并发生偏转;共晶组织层间距与磁感应强度呈非线性关系,组织被扭曲;过共晶组织界面形貌变平整;Cu原子扩散距离缩短.利用XRD对α-Al枝晶区进行衍射分析,发现磁场下α-Al(100)晶面峰值强度变弱,(111)晶面变强.理论分析认为,强磁场对熔体流动的抑制作用和磁场下晶体的磁各向异性是导致上述现象的主要原因...     

快速凝固过共晶铝硅合金粉末特性

借助多级快冷装置（ＭＳＲＳ）配制了含磷分别为０．０４％，０．０８％和０．１２％（质量分数）的过共晶Ａｌ－２２Ｓｉ粉末，通过对粉末形貌、粒度、微观结构及点阵常数变化的研究，以图提高最终材料的塑性。结果表明，不同粒度的粉末组织存在差异，含磷０．０４％的Ａｌ－２２Ｓｉ合金粉末平均粒度最小，粉末中硅相得到了进一步细化，提高退火温度和延长保温时间导致硅相的粗化，４００℃×１ｈ或４８０℃×３０ｍｉｎ的退火条件下，硅相长大不明显。