薄带连铸AISI304不锈钢中铁素体行为

为了确定薄带连铸AISI304不锈钢凝固过程中残留铁素体的生成及转变行为,采用彩色金相、电解侵蚀、电子背散射衍射分析技术及X射线衍射分析等研究手段对双辊薄带连铸AISI304不锈钢凝固组织及残留铁素体特征进行了研究.结果表明AISI304不锈钢薄带的凝固组织由表层胞状晶区、中间柱状晶区和中心等轴晶区三部分组成.薄带表层胞状晶区内残留铁素体呈棒状,柱状晶区的残留铁素体形态为鱼骨状,中心等轴晶区的残留铁素体呈弯曲的树枝状;薄带的表层胞状晶区残留铁素体的质量分数为4.6%～6.6%,柱状晶区内的残留铁素体质量分数为3.6%～3.7%,中心等轴晶区内的残留铁素体质量分数为11.27%～11.34%;残留铁素体沿着厚度方向呈现"W"状分布.     

冷却速率对奥氏体不锈钢凝固过程影响的原位观察

通过采用激光共聚焦扫描显微镜对AISI304奥氏体不锈钢的凝固过程进行了原位动态观察研究.发现当冷却速率为0.05℃.s-1时,奥氏体不锈钢以胞状晶方式凝固,其凝固模式为FA模式,即δ铁素体相先从液相中形核并长大,γ相在1 448.9℃时通过与液相发生包晶反应（L＋δ→γ）在δ铁素体相界形成,当温度降到1 431.3℃时液相消失,δ铁素体相通过固态相变转变为γ相,富Cr贫Ni的残留铁素体位于胞状晶之间.当冷却速率为3.0℃.s-1时,奥氏体不锈钢以枝晶方式生长,冷却到1346.4℃时包晶反应在液相与δ铁素体相界之间进行,其残留铁素体位于枝晶干,与冷却速率为0.05℃.s-1时相比,其残留铁素体的数量增多,残留铁素体富Cr贫Ni的程度减轻.     

Fe-Cr-Ni-Al合金铸造过程的数值模拟及组织性能

利用Procast软件模拟计算对Fe-Cr-Ni-Al合金的温度场和冷却速率进行分析,通过实验研究各冷却速率对铸态组织、枝晶间距以及显微硬度的影响.结果表明：采用阶梯状铸件能够较好地拟合Fe-Cr-Ni-Al合金铸件的温度场分布以及冷却速率的变化情况.随着冷却速率的增加,奥氏体相占比减小,铁素体相占比增大,过冷度增加使合金组织一次枝晶间距减小,组织中存在σ相,铁素体相区与奥氏体相区显微硬度值随冷却速率增大都呈增高趋势.     

快速传热传质对Fe-Cu包晶合金凝固过程的作用机制

通过求解急冷熔体中的速度场和温度场, 分析了快速凝固过程中Fe-Cu包晶合金熔体的黏性流动及其组织形成规律, 并对理论结果进行了实验验证. 发现合金熔体在急冷快速凝固过程中, 沿液池的高度方向存在着较大的温度梯度, 而在与辊面相切的水平方向上液池温度变化不甚显著. 熔体自喷嘴喷出后, 在高度约180 μm处迅速改变流速的大小和方向: 水平流速迅速增大, 而高度方向的流速则急剧减小. 液池底部存在高度为160~240 μm的动量边界层和厚度为160~300 μm的热边界层, 边界层中的雷诺数Re在870~1070范围. 随着Re数的增大, 冷却速率呈线性增大, 热边界层厚度单调增加, 动量边界层厚度则呈现出非线性变化趋势. 当Re<1024时, 动量传输作用较强, 急冷液相的黏性流动比较显著, 分离液相易于形成纤维状凝固组织; 而当Re>1024时, 热量传输作用显著增强, 液相流动受到抑制, 容易获得均匀细小的等轴晶组织.     

430不锈钢凝固显微组织模拟的3D CAFE模型

在同时考虑传热、流动和溶质扩散基础上建立了预测铁素体不锈钢多元合金凝固组织的3D CAFE模型,揭示了430不锈钢凝固过程中温度、固相率及晶粒形貌的变化规律.模型中采用高斯分布描述形核密度与过冷度的关系,应用KGT模型描述枝晶的生长过程.根据Fe--C--17%Cr平衡相图确定了430不锈钢的凝固路径,在考虑凝固收缩的基础上预测了铸锭的疏松和缩孔分布.组织模拟结果与实际铸锭基本一致,二者的温度变化和组织结构特征也基本吻合.     

超纯铁素体不锈钢中TiN夹杂析出的热力学分析

为了控制TiN夹杂对材料性能的不利影响,对TiN在超纯铁素体不锈钢冶炼和凝固过程中析出的热力学条件进行分析。结果表明,在Cr含量为16%～23%的条件下,超纯铁素体不锈钢的最佳钛含量为0.1%～0.3%;当w（Ti）=0.3%时,将w（N）控制在0.004 6%以下才能避免在液相区中生成TiN夹杂;超纯铁素体不锈钢凝固过程中钛的富集程度稍低于氮;凝固末期残余液相中[Ti]和[N]的浓度分别提高到其初始浓度的2.5倍和3.2倍;随着钢液的逐渐凝固,凝固前沿温度和凝固前沿钛氮平衡浓度积下降,凝固前沿钛氮实际浓度积升高;降低钢中氮含量能推迟TiN析出时间,使TiN夹杂在凝固末期形成,可减小TiN夹杂尺寸,减少其析出数量。     

枝晶生长过程的相场方法模拟研究

采用相场方法对金属枝晶的生长过程进行数值模拟。用凝固相场方程描述过冷条件下枝晶生长的物理过程,同时在相场方程中耦合温度场方程以体现凝固过程中释放的潜热对相变的影响。采用有限差分法进行求解,讨论了松弛时间、方向角、界面宽度、熔点、各向异性、潜热等因素对枝晶的形状和生长的影响。结果表明,随着松弛时间、界面宽度和熔点的逐渐增加,晶体的生长速率也在逐渐增加,并且枝晶越来越发达。     

大型钢锭底部沉积锥形成的计算机模拟

提出了大型钢锭底部沉积锥由等轴晶组成,其来源有三部分:顶部结晶雨的下落;侧壁枝晶熔断和折断形成的自由晶沉积到底部;沉积锥本身的凝固生长。分析了影响结晶雨下落和侧壁枝晶熔断和折断的主要因素,指出侧壁枝晶的熔断和折断是由液体金属内部的自然对流引起的温度起伏与其本身的机械冲刷造成的,形成的自由晶量正比于液体金属内部的自然对流强弱程度和液体金属在枝晶间的渗透率。用计算机计算了沉积锥高度和钢锭的凝固速度,计算结果和资料介绍的结果对比表明,建立的大型钢锭沉积锥形成的模拟方法可靠。     

Nb、Ti单稳定高纯铁素体不锈钢铸坯的凝固组织和夹杂物

采用金相显微镜和扫描电镜,研究并讨论了铌、钛单稳定条件下,高纯铁素体不锈钢的凝固组织及夹杂物的状态.结果表明:单钛稳定相对单铌稳定能显著提高铁素体不锈钢的等轴晶比例,铌更能起到细化晶粒的作用.铌、钛单稳定条件下铁素体不锈钢中夹杂物的分布和类型存在较大的差异.     

真空吸铸成型TiAl基合金组织演化

采用真空铜模吸铸技术制备了Ti-52Al-2Cr-2Nb合金棒状铸件(Φ6 mm×80 mm),借助光学显微镜、扫描电镜及X射线衍射仪,分析了不同凝固条件下的显微组织形貌和相组成。分析结果表明:铸态Ti-52Al-2Cr-2Nb合金是以α相为初生相、γ相为包晶相的包晶凝固合金。与铸态凝固组织相比,真空吸铸凝固组织明显细化,且不同区域的组织特征存在明显差异。从表面急冷区至糊状区,可以依次观察到块状γ相(γm,表面急冷区)、α相枝晶(定向生长区)以及胞状枝晶(糊状区)。块状γ相的形成归因于冷却速率的提高,这表明高的冷却速率能够提供足够的驱动力,促进块状γ相晶胚的形核。     

微观组织参数及工艺条件对430不锈钢凝固显微结构的影响

在多元合金CAFE模型的基础上,分析了微观组织参数(形核密度、高斯分解参数、Gibbs-Thomson系数等)与430不锈钢凝固过程中晶粒形貌的复杂关系,以及过热度与冷却强度等工艺参数对凝固组织的影响.研究发现,晶粒尺寸和柱状晶向等轴晶转变不仅与体最大形核过冷度有关,也受体形核密度的影响.高斯分解参数和Gibbs-Thomson系数增大时,一次枝晶间距减小,等轴晶范围增大;但当它们增加至一定范围后,其对显微结构的影响逐渐变得不明显.过热度或冷却强度增大时,等轴晶范围减小,但一次枝晶间距的变化不明显.     

冷却速率对40Cr钢凝固组织及铬元素偏析行为的影响

采用热模拟试验的方法获得不同冷却速率下40Cr钢凝固试样,结合SEM、EDS、ICP-AES及低倍组织检测等手段分析冷却速率对40Cr钢凝固组织及其铬元素偏析行为的影响。结果表明,采用合适的冷却速率,可以获得40Cr钢全等轴晶结构的凝固组织,其铬元素分布较均匀;随着炉管内冷却速率的提高,试样1/2高度处Cr的平均含量有所降低,凝固试样的晶粒尺寸逐渐减小、铬元素显微偏析现象得到有效改善;当炉管内冷却速率由3.83℃/min提高到8.60℃/min时,钢样横断面上凝固组织的平均晶粒面积由8.76mm2减小到2.01mm2、铬元素显微偏析度的最大偏差由0.274降为0.181。     

机械搅拌对Al及Al-Cu合金铸锭组织和宏观偏析的影响

研究表明,机械搅拌驱使液态金属作圆周运动,提高了凝固前沿的温度梯度,降低了凝固速度,缩短了柱状晶区宽度,扩大了等轴晶区并细化了等轴晶,同时还促使柱状晶发生倾斜,缩短了一次,二次枝晶间距,并形成了特有的宏观偏析,这种偏析特征与流体流动规律,溶质密度密切相关。     

含氮不锈钢凝固模式及显微组织研究

研究了四种不同N含量的18Mn18Cr N不锈钢的凝固模式、显微组织和元素分布.结果表明:N含量影响18Mn18Cr N合金系的凝固模式和显微组织.氮的质量分数由0.07%增加至0.72%时,实验钢的凝固模式由F模式转变为A模式,显微组织由铁素体和奥氏体魏氏两相组织转变为铁素体和奥氏体两相组织以及单相奥氏体组织.N含量影响奥氏体相形貌,随N含量增加,奥氏体由板条状、针状转变为枝晶间和等轴状.枝晶间和等轴状奥氏体晶粒中存在褶皱形貌,且随着氮含量增加,褶皱数量增多.褶皱的产生与凝固过程中奥氏体相内部Fe、Mn、Cr元素的偏析有关,且该凝固偏析被保留至室温组织中.     

温度对SUS304与SUS430不锈钢耐腐蚀性及其钝化膜半导体性能的影响

使用SUS304与SUS430不锈钢作为研究材料,应用动电位极化曲线、交流阻抗谱(EIS)和电容电位法(Mott-Schottky)等电化学研究方法,对比研究了SUS304与SUS430不锈钢在1mol/L的NaHCO3溶液中、20~80℃温度内的腐蚀性能及其钝化膜半导体性能。结果表明,随着温度的升高,SUS304与SUS430不锈钢自腐蚀电流增加,溶液电阻与极化电阻减小,弥散效应增强;由M-S曲线知,在-0.5~0.5V电位区间,20~80℃温度内,SUS304与SUS430不锈钢钝化膜均表现为n型半导体性质,M-S曲线拟合直线斜率随温度的升高而降低,平带电位负移;可见在温度作用下,钝化膜半导体费米能级正移,使能级差减小而造成以氧空位为主要点缺陷的浓度增大,导致SUS304与SUS430不锈钢腐蚀加剧。其中SUS304奥氏体不锈钢比SUS430铁素体不锈钢具有较好的耐蚀性。本研究对探索腐蚀机理与选择合理的防腐新材料具有一定的借鉴作用。     

旋转电磁搅拌时机对GCr15轴承钢凝固组织的影响

通过石墨型铸造研究了旋转电磁搅拌时机对GCr15轴承钢凝固组织的影响.结果表明:在钢液凝固过程的不同时间段施加电磁搅拌,对轴承钢的凝固组织具有显著影响,越早施加电磁搅拌,磁泰勒数(表征磁场作用下强制流动的无量纲数)越大,钢液所受的电磁力越大,越有利于柱状晶向等轴晶转变;在0~05min时间段施加电磁搅拌,铸锭等轴晶率提高了52%.此外,电磁搅拌引起的钢液对流推动了凝固前沿枝晶的折断、熔断和游离,枝晶碎片在强烈对流作用下增殖并被带到熔体心部成为异质核心,凝固前沿的温度梯度减小,成分过冷增大,促进了柱状晶向等轴晶转变.     

搅拌摩擦焊瞬态温度场数值模型的讨论

搅拌摩擦焊温度场数值模拟工作多侧重于产热模型及温度场分布规律等方面的研究,关于数值模型及其计算效率方面的报道相对较少。本文对AL6061-T6铝合金板材搅拌摩擦焊接过程瞬态温度场进行了模拟,对数值模型的相关问题进行了研究。在保证模拟结果与实验结果相符合的前提下,为提高计算效率,给出了合理的模型尺寸;分析了网格尺寸对温度场的影响;探讨了网格分区划分方案;分析了轴肩与搅拌针产热分配对温度场的影响。结果显示：模型宽度随板厚增加线性增大,而模型宽度与轴肩直径的比值随板厚的增加线性减小;有限元网格尺寸为1 mm时能有效地模拟温度场;焊缝中心处轴肩直径范围内的网格应当细化;合理的轴肩与搅拌针产热比例分别为75%和25%。     

基于体积平均法的NH4 Cl水溶液凝固行为研究

根据合金凝固理论和体积平均多相模型,对NH4 Cl-70%H2 O凝固过程进行了数值模拟和实验验证。虽然研究者已研究过NH4 Cl-70%H2 O凝固过程,但是只针对单个现象进行分析,比如通道偏析的形成、对流形式以及晶粒的形成。在前人研究的基础上,本文首次通过数值模拟和实验对比两种手段相结合的方式全面地研究了氯化铵水溶液凝固整个计算域的全部现象,尤其再现了等轴晶在铸锭中的下落漂移现象以及由此引起的对流,并且更深入地探究了偏析的形成原因。通过计算发现等轴晶从型壁处沉降并逐渐向铸型底部积聚,直到体积分数达到一临界值后,柱状晶停止生长,完成柱状晶向等轴晶转化过程。由于溶质再分配,底部晶粒集中的区域形成了负偏析,在尚未凝固的上部区域形成较大范围的正偏析。通过实验验证发现,等轴晶在铸锭中的下落漂移现象和对流形式的预测值与实验值较为一致,从而全面揭示出凝固过程中固相的移动和对流是产生宏观偏析的关键因素。     

搅拌摩擦焊瞬态温度场的数值模型

搅拌摩擦焊温度场数值模拟工作多侧重于产热模型及温度场分布规律等方面的研究,关于数值模型及其计算效率方面的报道相对较少。对AL6061-T6铝合金板材搅拌摩擦焊接过程瞬态温度场进行了模拟,对数值模型的相关问题进行了研究。在保证模拟结果与实验结果相符合的前提下,为提高计算效率,给出了合理的模型尺寸;分析了网格尺寸对温度场的影响;探讨了网格分区划分方案;分析了轴肩与搅拌针产热分配对温度场的影响。结果显示:模型宽度随板厚增加线性增大,而模型宽度与轴肩直径的比值随板厚的增加线性减小;有限元网格尺寸为1 mm时能有效地模拟温度场;焊缝中心处轴肩直径范围内的网格应当细化;合理的轴肩与搅拌针产热比例分别为75%和25%。     

大型钢锭夹杂沉积区形成过程的计算机模拟

将自浇注起到钢液中自然对流衰减至不足以把允许的最大夹杂物带回底部为止的时间称为临界时间.夹杂沉积区就是在临界时间内所形成的底部等轴晶区,该区由三部分构成:顶面下落的结晶雨;侧壁树枝晶枝臂的熔断和折断所形成的自由晶和底部由于传热而造成的凝固生长.本文在以热量平衡为基本原理的凝固数值模拟的基础上,结合自然对流的边界层理论,给出了临界时间的计算方法;又结合氯化铵水溶液的模拟实验,给出了顶面结晶雨的定量计算方法;此外,还提出了侧壁树枝晶枝臂的熔断和折断所形成的自由晶,以及钢锭底部由于传热而造成凝固生长的定量计算方法.根据上述模型编制了夹杂沉积区形成过程的数值模拟程序,针对68吨27 Cr2Mo1V 转子钢钢锭进行了夹杂沉积区形成过程的计算机模拟,模拟结果求得切尾率为8.11%.而实际生产中钢锭的切尾率为8.8%.两者大体相符.