定向凝固过程中柱状晶的生长机制

为了控制定向凝固过程中柱状晶的连续稳定生长,将真空感应熔炼与连续定向凝固技术相结合,开发出真空连续定向凝固技术。在一定的工艺参数下,在自制的定向凝固设备上成功制备出具有单向凝固组织的直径8mm的Al-1%Si合金棒材。通过对棒材不同位置的微观组织进行研究,分析了连续定向凝固过程中柱状晶形成和长大过程。结果表明:凝固过程开始阶段,新晶粒的出现阻碍原晶粒生长,使晶体呈现一种新的有序结构;柱状晶长大过程中受到晶粒淘汰机制和柱状晶合并机制的综合作用。     

定向凝固通道偏析的数值模拟

为了研究二元组分铸锭中通道偏析的形成和发展,建立了双扩散作用下糊状区液相流动与溶质分布的数学模型,并对铸锭定向凝固过程中的通道偏析进行了数值模拟。运用SIMPLE算法编制了求解数学模型的程序,对模型中的质量、动量、能量和溶质等守恒方程联立求解。通过对NH4Cl-H2O铸锭底面冷却、凝固过程进行模拟研究,得到了定向凝固过程中的温度场、流场、溶质场。铸锭底面冷却时,富含溶质的枝晶间液相的流动可形成垂直向上生长的偏析通道,一些偏析通道由于相连通道的优先生长导致溶质贫化而被掩埋。通道的形成与溶质质量分数C0有很大关系,C0越高,越容易形成通道。C0较低的铸锭,只有在溶质富集到一定程度后才会产生通道。     

超声波熔体处理过程中的声流现象

应用CFD软件Fluent对坩埚中进行超声处理的铝合金熔体流场进行模拟计算. 计算结果表明,在由于黏滞衰减产生声压梯度而形成的超声辐射力的作用下,工具杆端面下液相区域内的熔体形成大规模的Eckart声流现象,熔体的最大轴向速度幅值出现在工具杆端面中心轴线下液相区域的中心点附近,其值并不随着驱动力值的增大呈线性增大. 铸造实验结果表明,声流作用使铸锭在工具杆端面至铸锭壁面之间形成一条作用区域分界线,分界线两端凝固组织呈现完全不同的样貌,工具杆端面下一侧组织在空化和声流的双重作用下得到细化,呈等轴晶状,而上端组织则呈枝状晶形态.     

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.     

定向凝固制备多晶硅柱状晶的研究

为了控制定向凝固过程中柱状晶的稳定生长,结合真空定向凝固技术,在一定的工艺参数下,利用真空定向凝固设备成功制备出具有单向凝固组织的多晶硅材料,通过对制备的多晶硅锭从纵截面和不同位置横截面的微观组织进行研究,分析得出了定向凝固过程中多晶硅垂直于底部的柱状晶和大晶粒形成的最佳工艺参数,通过X射线衍射检测,显示晶体择优取向为<111>面,文章还利用晶粒淘汰机制和柱状晶合并机制合理解释柱状晶体长大过程.     

基于实验与3D-CAFé法的高硅钢铸锭凝固行为

通过空冷和水冷实验研究了高硅钢的铸态组织,发现高硅钢铸态组织主要由粗大的柱状晶构成,水冷铸锭中柱状晶比例高达90%以上.依据铸锭的化学成分和晶粒统计结果,确定了3D-CAFE法模拟所需的枝晶生长动力学系数及高斯分布等参数.采用CAFE法对不同冷却条件下高硅钢的凝固过程进行模拟研究,发现空冷铸锭较水冷铸锭的温度场更均匀,糊状区更宽阔;空冷铸锭呈"过渡式"凝固,水冷铸锭呈"分层式"凝固;空冷流场较水冷流场更稳定,凝固末期冒口处出现明显的抽吸现象,而水冷模拟结果中未观察到该现象.组织模拟结果发现,模拟得到的高硅钢凝固组织无论是形貌还是晶粒尺寸都与实验结果相一致;最后通过改变浇注温度模拟研究了过热度对高硅钢凝固组织的影响,结果表明,随着过热度的降低,铸锭中心等轴晶率提高,晶粒数量增加,晶粒尺寸变得细小.     

真空熔炼、氩气保护连续定向凝固技术

阐述了真空熔炼、氩气保护下引法连续定向凝固工艺.该工艺将真空感应熔炼和连续定向凝固技术结合在一起,集熔化、提纯、凝固于一体,控制方便,搅拌、脱氧能力强,生产效率高,能生产纯净度高、性能好的定向凝固材料.对该工艺生产的纯铜棒材的质量进行了分析.     

Ni-Cu合金定向凝固海藻状生长形态的相场法模拟

利用微观组织相场法数值模拟技术,对Ni-Cu二元合金在温度梯度G=20K/cm条件下定向凝固的界面形态演化过程进行模拟仿真.基于均匀网格的有限差分法,采用C语言编制定向凝固晶体生长的相场法数值模拟程序,研究计算参数对凝固组织的影响,探讨定向凝固过程晶体的生长机制.研究结果表明:低的温度梯度条件下,初始平界面一旦失稳,快速形成胞状组织,在随后的演化过程中,侧向分支大量繁殖、尖端分裂,形成海藻状生长形态.因此,低温度梯度下二元合金定向凝固界面形态的转化形式为:平面状向胞状转变,最后转变为海藻状.     

定向晶化材料中的微观择优取向

文章概述了定向凝固和梯温升温以及恒温条件下的不同晶化取向现象。定向凝固条件下,晶体沿晶格常数最大的分向向低温方向生长,容易形成枝晶和片层状结构;梯温升温条件下,晶体沿晶格常数最小的方向生长,不容易形成枝晶;恒温条件下的择优取向则取决于晶核和晶体的晶格匹配。并应用超微颗粒物理得出了定向凝固和梯温升温条件下的两种相应的择优取向原理。     

工业硅中杂质铁去除的理论分析

分析了硅中杂质的分凝特性,计算、讨论了在定向凝固条件下硅中铁的有效分凝系数 K_(fef)和凝固速度 f的关系,并用生产实践中铁在硅锭中的分布,验证了理论分析的可靠性。提出了用组合结晶器定向凝固技术去除工业硅中杂质铁的工艺方法。     

掺铝P型单晶硅尾料真空冶炼提纯研究

利用真空蒸发和定向凝固技术去除掺铝P型单晶硅尾料中铝杂质的方法,通过晶相仪、EBSD和ICP-AES检测,被证实是非常有效的.铝含量检测结果表明:提纯后的铝含量沿多晶硅铸锭纵向由下到上逐渐增高,且总量较提纯前有较大幅度的降低.     

电弧等离子体冶炼提纯工业硅(英文)

开发了一种把电弧等离子体冶炼和电磁感应搅拌熔体相联合的在高纯石墨坩埚内冶炼提纯工业硅的硅冶炼提纯技术.掺入到电弧等离子体工作气体流中的反应性气体在硅熔体液面处与杂质反应生成挥发性杂质化合物.工业硅中难去除的杂质是B,P和Al.用由水蒸气构成的反应性气体精炼熔融态工业硅来降低其中B和P的含量,随后定向凝固移除其他杂质.用此方法冶炼处理工业硅,其中的B,P,Al,Fe,Ti,Ca和Cu的含量从7.67,73,1931,2845,166,235和56mg/kg分别降低到5.85,29,202,676,36,89和9mg/kg.硅的纯度由原来的99.46%提纯高到99.93%.     

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。     

多晶硅凝固界面形态演化过程的相场法模拟分析

采用有限差分法求解小平面晶生长Wheeler相场模型,对多晶硅凝固界面形态演化过程进行相场模拟,详细分析了初始晶核条件、扰动强度和时间步长对界面形态演化的影响。结果表明:在多晶硅凝固过程中,九个晶核初始条件下,固液界面比较平坦,晶核生长空间差异小,易于形成垂直于生长界面的棱角胞晶组织。随着扰动强度的增加,棱角胞晶出现侧向分支,根部缩颈严重甚至出现熔断现象。选择强度为0.01的界面扰动,能够真实再现多晶硅凝固界面形态演化过程。在保证计算结果稳定性条件下,增加时间步长能够提高相场模拟计算效率。     

QT500-7井盖上表面缩凹形成机理及防治措施

球铁井盖用大平面朝上的浇注工艺,在其筋或筋与筋交汇处的上表面常会出现一些缩凹,严重影响井盖的质量,甚至造成较高的废品率。通过分析缩凹部位的微元体凝固过程及缩凹形成机理,比较了井盖结构改进前后热节圆直径的变化,结果认为：防止缩凹的关键是保证实现顺序凝固,保持浇注过程中补缩通道畅通。并从结构设计及铸造工艺设计两方面提出了防止球铁井盖上表面缩凹的措施,这些方法在生产实践中已得到检验。     

Si对高Si／C比灰铸铁奥氏体枝晶数量的影响规律

本文运用定向凝固方法，在没冷却条件下对不同成分灰铸铁的凝固过程运用微分仪进行热分析，结果表明：在碳当量相同的条件下，随着Ｓｉ／Ｃ比的，Ｆｅ－Ｃ－Ｓｉ合金的最小共晶凝固温度升高，并进一步分析了Ｓｉ使高Ｓｉ／Ｃ比灰铸铁奥氏体枝晶数量增加的原因，提出了Ｓｉ促使灰铸铁共晶共生区向右偏移的一论断，并利用出现奥氏体枝晶的临界冷却速度，并定量地描绘出了硅使得共晶共生区向左偏移的曲线。     

凝固条件对高硅铝合金组织的影响

过共晶铝硅合金中的硅相晶粒粗大并且有尖锐的棱角,严重的削弱了合金的机械性能,通常采用变质处理工艺来改善这一现象。目前,很多研究表明硅相变质的机理主要是孪晶凹谷机制,但是变质效果实际上是与凝固条件有关系的,通过改善凝固条件,可以促进变质效果。本文研究对象为高硅铝硅合金,在加入不同变质剂条件下,研究了不同凝固条件下的组织形态,并使用透射电镜对组织进行了分析。