超声场中Sn-38.1%Pb 共晶合金的动态凝固

Sn-38.1%Pb 共晶合金在频率为35 kHz 的超声场中发生凝固时, 随着试样高度H 的降低, 声场对宏观偏析的抑制效果更加显著, 球状共晶团在凝固组织中所占体积分数相应增大. 当H 等于声波在合金熔体内的波长λ时, 超声场能够扩大初生(Sn)相分布区域, 缩小Sn-Pb 共晶和初生(Pb)相分布区域. 同时, 初生(Sn)相晶粒显著细化, 生长方式发生“枝晶-等轴晶”的转变. 对于 H=λ/2 和λ/4 的合金试样, 超声场能够促进熔体形核, 降低合金整体过冷度. 分析表明, 超声场中的空化效应抑制了熔体过冷, 声流促进共晶生长界面前沿的温度场和浓度场呈空间对称分布, 使Sn-Pb 共晶以三维对称方式生长.     

声悬浮和强激光耦合作用下三元Al-Cu-Si 合金的快速凝固

在声悬浮和强激光加热相结合的条件下, 实现了三元Al-27%Cu-5.3%Si 合金的无容器快速凝固, 最大过冷度达到195 K (0.24 TL), 冷却速率为76 K/s. 金相分析表明, 凝固组织由(Al+θ+Si)三元共晶和(Al+ θ)二相共晶组成. 在声悬浮条件下, (Al+θ+Si)三元共晶显著细化,(Al+θ)二相共晶的组织形态丰富. 在试样表层区域, 表面振荡促进3 个共晶相的大量形核, 声流有效提高了凝固过程的冷却速率, 三元共晶的晶粒尺寸显著减小. 随着合金试样温度的升高,悬浮间距和谐振间距均不断增大, 且悬浮间距总是大于谐振间距. 在声辐射压的作用下, 试样变形为中心内凹的饼状, 变形程度随声压的提高而不断增大, 最大半径比为6.64, 对应最大悬浮声压为1.8×10⁴ Pa.     

声悬浮和强激光耦合作用下三元Al-Cu-Si合金的快速凝固

在声悬浮和强激光加热相结合的条件下,实现了三元Al-27%Cu-5.3%Si合金的无容器快速凝固,最大过冷度达到195K(0.24TL),冷却速率为76K/s.金相分析表明,凝固组织由(Al+θ+Si)三元共晶和(Al+θ)二相共晶组成.在声悬浮条件下,(Al+θ+Si)三元共晶显著细化,(Al+θ)二相共晶的组织形态丰富.在试样表层区域,表面振荡促进3个共晶相的大量形核,声流有效提高了凝固过程的冷却速率,三元共晶的晶粒尺寸显著减小.随着合金试样温度的升高,悬浮间距和谐振间距均不断增大,且悬浮间距总是大于谐振间距.在声辐射压的作用下,试样变形为中心内凹的饼状,变形程度随声压的提高而不断增大,最大半径比为6.64,对应最大悬浮声压为1.8×104Pa.     

三元Al-Cu-Si共晶合金的深过冷与快速凝固

在常规凝固条件下, 液态铝合金由于容易氧化而难以达到深过冷状态. 本文采用熔融玻璃净化法并结合循环过热实现了液态Al_80.4Cu_13.6Si₆三元共晶合金的深过冷和快速凝固, 研究了实验过程中一定冷却速率下合金熔体过热度与过冷度的相关规律, 获得的最大过冷度为147 K (0.18T_E). 不同过冷条件下三元共晶均由α(Al)固溶体、(Si)半导体相和θ(CuAl₂)金属间化合物三相构成. (Al+Si+θ)三元共晶中, (Si)小平面相独立生长, 非小平面相(Al)和θ相以层片方式协同生长. 在小过冷条件下, 只有(Al)固溶体作为领先相形成. 当过冷度超过约73 K时, (Si)相能够领先形核并生长为初生相. 小过冷时合金的凝固组织由初生(Al)枝晶、(Al+θ)二相共晶和(Al+Si+θ)三元共晶组成; 大过冷时则主要由初生(Si)块、(Al+θ)二相共晶和(Al+Si+θ)三元共晶组成. 随着过冷度的增大, 凝固组织中初生(Al)枝晶的体积分数减小而初生(Si)块的体积分数增大.     

Fe-7.5%Mo-16.5%Si三元包共晶合金的凝固组织与相组成

采用差示扫描热分析方法和落管无容器处理技术研究了Fe-7.5%Mo-16.5%Si 三元包共晶合金的凝固过程. 初生相R被确定为Fe₅Mo₃Si₂, 包共晶相为τ₁(Fe₅MoSi₄) 和Fe₃Si相. 实验结果表明, 当液滴直径大于400 μm时, 凝固组织由残余初生相、包共晶相和三相共晶组成; 当液滴直径小于400 μm时, 三相共晶生长被抑制.     

切向流动作用下定向凝固界面形貌周期性振荡研究

实时观察研究了切向流动作用下, 丁二腈(SCN)-2%(质量分数)H2O合金熔体固液界面形貌随抽拉速度的变化规律. 当抽拉速度较低时, 切向流动作用能够提高平界面的稳定性. 在中等抽拉速度区域内, 液固界面形态并非稳态, 而是随着抽拉速度的提高, 分别经历了“平界面-胞状界面”和“胞状界面-枝晶界面”两种周期性振荡过程. 分析表明, 振荡生长模式的形成主要有以下两个原因: (ⅰ) 流场对于界面的稳定作用与抽拉速度对界面的不稳定作用之间存在相互竞争, 这是振荡界面产生的驱动力; (ⅱ) 稳态溶质扩散场的建立需要一定的弛豫时间, 这促使界面形态总是以平衡位置为中心振荡生长, 而不能保持稳态生长. 随着抽拉速度的提高, 其对界面形貌的控制逐渐趋于主导地位, 界面发展成为稳态的枝晶生长.     

声悬浮条件下Bi-Ga过偏晶合金的液相分离

采用声悬浮方法实现了Bi-58.5%Ga(原子分数)过偏晶合金的无容器熔化和凝固. 在常规慢速冷却条件下, 由于重力作用, 合金发生严重的宏观偏析, 第二相(Ga)呈明显向上的Stokes运动特征. 而在声悬浮条件下, 合金中第二相(Ga)基本呈均匀弥散分布, Stokes上升运动受到明显抑制. 分析表明, 偏晶合金熔体在声悬浮场中受声场的作用上下振荡, 这可以使第二相液滴周围产生微观定常流场. 这种流场形成的压力能够影响第二相液滴的形状, 从而减小第二相液滴向上的Stokes运动速度.     

Cu-Ni单相合金的深过冷定向凝固过程研究

利用过冷度的遗传性 ,提出将合金熔体深过冷与传统定向凝固相结合的深过冷定向凝固 (SDS)技术 ,并在自制的实验装置上 ,对SDS技术进行了探索性研究 ,实现了Cu Ni合金的深过冷定向凝固 .结果表明 :( 1 )SDS技术获得的定向生长组织与LMC (GL=2 5K/mm ,V =5 0 0μm/s)法相当 ,且一次枝晶间距约为 30 μm ,二次分枝被抑制 ,一次枝晶主干挺直、细密 ,与试样轴向偏差约为 5 .8°;( 2 )建立了描述SDS过程过冷度与凝固速率之间的数学模型 ,即T T模型 ,利用此模型可以解释SDS试样上微观组织的演化情况     

激波作用下非晶合金的晶化理论研究

在实验中观察到，在激波作用下非晶合金晶化成纳米晶体。本文试图对这一现象给出初步的理论上的解释。非晶合金内部微观不均匀，分布着大量微小有序原子集团（ｃｌｕｓｔｅｒ）和位错。在激波作用下，位错运动，而ｃｌｕｓｔｅｒ阻碍激波的传播，使位错堆积于ｃｌｕｓｔｅｒ周围。激波与ｃｌｕｓｔｅｒ周围局域应力场相互作用使得ｃｌｕｓｔｅｒ旋转，而ｃｌｕｓｔｅｒ周围的高应力应变能使类液区（ｉｎｔｅｒｃｌｕｓｔｅｒ）原子切变沉积于ｃｌｕｓｔｅｒ上，ｃｌｕｓｔｅｒ长大成为微晶，非晶合金晶化。