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.     

堆浸过程溶质运移机理与模型

针对堆浸过程中, 溶质运移由于受各种物理、化学和外界环境等因素的影响, 使溶质的运动变得更加复杂, 并难以定量描述的问题, 将矿堆中溶液分为可流动和不可流动溶液两类, 将矿石浸出过程和浸出核收缩模型划分为3个界面, 并分析其在划分溶质运移过程中的作用. 对可流动将和不可流动溶液中溶质运移机理分别进行剖析, 并给出运移表达式. 根据质量守恒定律, 推导堆浸过程溶质运移的基本方程, 并结合溶液的分类方法, 建立堆浸可动和不可动区溶质运移模型. 分析结果表明： 溶质在不同类型溶液中的运移机理截然不同, 在不可流动溶液中, 溶质以分子扩散形式运移;在可流动溶液中, 以机械弥散和对流传质为主.     

堆浸过程中溶质运移机制及影响因素

针对堆浸溶质运移过程的复杂性和多变性,以揭示溶质运移规律为目的,首先通过对其运移机制进行探讨,并基于矿堆理想渗流假设给出溶质运移均匀流模型,同时考虑矿堆内可流动溶液和不可流动溶液区的作用及其相互影响,建立溶质迁移流动-不流动模型.采用标记物穿透曲线法,进行溶质运移室内管柱实验,主要研究矿石粒径和喷淋强度对溶质运移规律的影响.研究结果表明;大粒径矿样的孔隙直径和孔隙率均比较大,可流动溶液在大孔隙的传导作用而快速流出,因此,溶质初期浓度升高相对较快;而小粒径矿石比表面积大,不可流动溶液比率大,溶质须通过分子扩散运移进入不可流动溶液区,因此,其浓度上升速度较缓;矿堆内不流动溶液是影响溶质运移规律的主要因素,因此,可通过控制矿石颗粒级配和喷淋强度以优化溶质运移过程.     

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.     

晶硅定向凝固过程中熔液流动对溶质分布的影响

定向凝固方法是目前生产太阳能用晶体硅的主要方法。晶硅电池片的质量是影响晶硅电池效率的重要因素之一,而晶硅电池片的质量与硅锭中的溶质含量及分布情况密切相关。该文对定向凝固熔炉中心区域(包括硅、坩埚及石墨支架)建立了二维瞬态分析模型,研究了定向凝固过程中热场分布、溶质分布、液硅流动情况,并分析了熔液流动对溶质分布的影响。结果表明:随时间推进固液界面从平直变成略凹;径向温度梯度产生自然对流浮力,驱动熔液流动形成一个大涡,并随时间流动强度越来越大;在长晶初始阶段,存在明显的溶质边界层,之后受流动影响,溶质分布区域扩大到整个熔液中,并且分布形式与流线形状相似;溶质向界面中心区域聚集。     

电磁搅拌对弹簧钢60Si2Mn凝固组织的影响

利用金相观察了电磁搅拌对弹簧钢６０Ｓｉ２Ｍｎ凝固组织的影响情况,并讨论了形成机制。结果表明：在凝固过程中进行电磁搅拌,引起熔体的强烈流动,使液相区的温度场和溶质含量趋于均匀;凝固时奥氏体的一次臂生长速度减慢,消除弹簧钢６０Ｓｉ２Ｍｎ一次结晶组织中发达的柱状树枝晶层;     

激冷雾化粉末的结晶形貌与溶质原子偏析特征

本文详细讨论了激冷雾化马氏体时效钢粉末的形貌变化伴随的溶质原子的偏析特征。结果表明,随着冷却速度的增加,在粉末的结晶形貌发生树枝晶→胞状枝晶→胞状晶→痘点状晶变化的同时,溶质原子的偏析程度明显下降,偏析特征随之改变。当获得痘点状晶时,没有发现溶质原子的明显偏析。     

垂直连铸凝固过程的数值模拟研究

采用基于Eulerian-Eulerian方法和合金凝固理论的液相-柱状晶-等轴晶三相凝固模型，对立式连铸工艺中结晶器内的凝固过程进行了研究.对比焓-多孔介质凝固模型，除热溶质浮升力导致的熔体流动，该三相凝固模型还考虑了柱状晶组织的生长、等轴晶组织的形成和演变以及游离等轴晶粒的沉浮，揭示了等轴晶沉降漂移作用对宏观溶质传输及凝固组织分布的影响.模拟结果显示铸坯中心处由等轴晶粒沉积形成的富等轴晶区存在溶质负偏析，紧邻该负偏析区域存在带状偏析区域.随着钢液过热度增加，等轴晶分布减少，中心处宏观偏析加重.     

熔体超声处理对7050铝合金铸锭宏观偏析的影响

采用SPECTRO-MAXx立式直读光谱仪和Leica金相显微镜,研究超声外场下7050铝合金半连续铸锭中微观组织的演变规律及溶质元素Zn,Mg和Cu的宏观偏析行为。研究结果表明:熔体超声处理后的铸锭组织变得细小,混晶减少,溶质元素的宏观偏析程度得到弱化,且随着超声功率的增大,溶质元素分布更加均衡,在240 W超声功率作用下,Zn,Mg和Cu的偏析比由未加超声时的1.243,1.158和1.190分别降低为1.086,1.098和1.110;超声外场的引入使得液穴变浅,由铸锭收缩引起的溶质元素在枝晶间的横向流动作用减弱;晶粒的有效细化导致液固两相的相对运动速度减弱;溶质原子的扩散程度得到强化是超声弱化偏析的主要原因。     

搅拌剪切作用下凝固组织演变过程的数学描述

分析了凝固组织在搅拌剪切作用下的有效溶质分配系数,将凝固速度和搅拌转速作为凝固组织演变过程的主要因素,建立了凝固组织演变与凝固速度和搅拌转速的数学模型. 结果表明:搅拌转速和凝固速度对凝固组织的形貌有较大影响,增大搅拌转速和降低凝固速度有利于提高形状因子. 通过与实验结果比较,数学模型与实验结果基本一致.     

磁场对过共晶Al-Fe合金中Al3Fe相形态和分布的影响

研究了交流磁场(0.3 T)和直流强磁场(12 T)作用下Al-2.89%Fe合金中初生Al3Fe相的形态与分布的变化.结果表明,Al-2.89%Fe合金在无磁场和交流磁场下凝固时,大部分初生Al3Fe相沉积在试样下部.在交流磁场下凝固时,Al3Fe相变得细碎且向试样中心聚集,呈近金字塔状分布.在强磁场下凝固时,Al3Fe相所受磁力作用和重力作用相平衡,因而在整个试样中均匀分布,且沿着易磁化方向[121]发生定向排列.对磁场的作用机理进行了初步分析.     

偏析法净化原铝的研究

考察了原铝熔体偏析净化过程中冷却速度、搅拌方式、温度梯度等因素对偏析净化的影响,并对净化得到的杂质富集相和纯化相进行了结构研究·结果表明,冷却速度、搅拌方式和温度梯度在偏析净化过程中起着重要的作用·当冷却速度缓慢,搅拌充分,温度梯度较大时,偏析净化效果比较好·杂质Si,Fe主要分布在杂质富集相中,并以AlSiFe和AlSi化合物的形式存在     

交流磁场对Al-Fe合金凝固组织的影响

研究了交流磁场对Al-Fe合金中含铁相形态及分布的影响.近共晶Al-1.99%Fe(质量分数,下同)和亚共晶Al-0.90%Fe两种铝合金在3℃/min的冷却速率凝固过程中,施加强度为0.3 T,频率为20 Hz的交流磁场,并与未施加磁场的试样进行对比.实验结果表明,在这两种合金中,无论是先析出Al3Fe相还是先析出-αAl,施加交流磁场后,Al3Fe相均向试样的中心处富集.这是由于Al3Fe相的磁化率大于熔融铝基体的磁化率,使得Al3Fe相和铝基体相比受到指向样品轴线的更大的电磁力,从而导致其向试样中心处聚集.     

Macrosegregation and the underlying mechanism in Ti-6.5Al-1.0Cr-0.5Fe-6.0Mo-3.0Sn-4.0Zr alloy

A novel method for the analysis of composition distribution of titanium alloys over a large area(64 mm × 72 mm) was investigated by exploring the original position statistic distribution based on spark spectrum(OPA-SS) in Ti-6.5 Al-1.0 Cr-0.5 Fe-6.0 Mo-3.0-Sn-4.0 Zr titanium alloy. The results showed that OPA-SS could characterize the distribution of elements in different positions on the titanium alloy. The macrosegregation of Sn was the most pronounced, with a statistic segregation degree higher than 18%; the macrosegregation of Mo followed with a statistic segregation degree of 10%; the macrosegregation of Al and Fe was relatively milder,lower than 8%. The main reason for the macrosegregation state of the as-cast Ti-6.5 Al-1.0 Cr-0.5 Fe-6.0 Mo-3.0 Sn-4.0 Zr alloy can be the solute redistribution during liquid solidification and the diffusion rate of each element in the solid phase.     

强磁场对铝硅合金变质效果的影响

为解决Al-Si合金存在的Na变质重熔失效和有效时间短及P变质处理后初晶Si偏聚问题,利用施加强磁场的方法,分别对亚共晶Al-6%Si合金和共晶Al-12.6%Si合金进行Na盐变质处理,对过共晶Al-18%Si合金进行P盐变质处理.结果发现对于亚共晶Al-6%Si合金,施加强磁场的条件下重熔,Na变质没有失效;对于共晶Al-12.6%Si合金,施加强磁场延长了变质有效时间;对于过共晶Al-18%Si合金,施加强磁场使凝固组织中的初晶Si相均匀分布.强磁场有助于改善Al-Si合金的变质效果.     

旋转磁场对激光焊缝金属显微组织的影响

研究了旋转磁场对激光焊304不锈钢、Al-12Si合金焊缝金属显微组织,以及304不锈钢与Al-12Si合金连接缺陷的影响．研究结果表明：旋转磁场能有效地对激光焊熔池中液态304不锈钢、A1：12Si合金进行搅拌,抑制柱状晶的产生,细化焊缝金属晶粒．磁场的旋转速率越高,对液态的电磁搅拌作用越强,焊缝金属的晶粒越细小、Al-12Si合金共晶组织越均匀．旋转磁场能消除304不锈钢与Al-12Si合金激光焊焊缝金属中的缺陷,提高304不锈钢与Al-12Si合金焊接接头的性能．     

低频电磁场对过共晶铝硅合金组织的影响

采用低频电磁半连续铸造技术制备Al-19.2%Si合金铸锭,利用电子光学显微镜对铸锭的显微组织进行分析比较,研究了电磁场强度和频率对初生硅颗粒形貌的影响;利用测温技术对合金的凝固过程进行监测,研究低频电磁场对凝固前沿温度场的影响.实验结果表明:与普通DC铸造相比,采用低频电磁半连续铸造可以明显改变液穴中熔体的温度场,使其温度显著下降,温度分布均匀,液穴降低,初生硅颗粒得到有效细化;改变外加电磁场条件,随着电磁场强度的增加,初生硅颗粒细化;随着电磁场频率的增加初生硅颗粒逐渐变大.在本实验条件下,外加电磁场条件为15 Hz,12000At时,初生硅颗粒最为细小.     

高频磁场下熔体夹杂迁移行为的研究

本文研究了高频磁场中熔体夹杂的迁移行为,利用感应线圈产生的高频磁场,选取Al-2%Fe、Al-5%Fe合金中的产生的富铁相作为研究对象。颗粒与熔体之间的导电率存在很大的差异,当外加磁场时,产生的电磁力作用于熔体,固相颗粒将向分离器外壁面迁移而除去。通过加入变质剂Mn元素研究其对富铁相形貌的影响,研究表明:在Mn/Fe的摩尔比为1.4～1.5时,针状的富铁相变成了块状或汉字状,减小富铁相再熔体中迁移受到的阻力,使之更利于在熔体中迁移,并进一步探讨了电磁分离过程中各工艺参数对夹杂颗粒迁移行为和实际分离效率的影响。     

化学成分对7050合金扁锭成型性能的影响

对用于生产航空材料受力厚板的7050合金扁锭的铸造工艺进行研究.由于7050合金的化学成分复杂,Cu、Zn元素含量高,Fe、Si杂质元素含量控制较低,同时扁锭的规格较大,宽厚比也较大,在铸造时具有极大的裂纹倾向,铸造成型性极差.通过对7050合金化学成分的优化,在生产允许条件下将Fe/Si比、Zn/Mg比提高到上限,Cu含量降低到下限,并且用块状Al-5Ti-1B和丝状Al-5Ti-1B进行联合晶粒细化,提高了合金的成型性,并铸造出成型的铸锭.     

枝晶生长的介观尺度三维数值模拟

为预测合金介观组织的形成与演变,提出了改进的三维元胞自动机(CA)模型。该模型采用枝晶形状函数,简化描述介观区域的枝晶生长轮廓;利用基于Euler角的空间坐标转换,描述随机晶向的多晶粒生长;采用Hash表加速算法,耦合了溶质场计算,采用数值算法处理固液界面的溶质再分配。该模型可模拟大范围随机取向的多晶粒生长过程,并具有较高的计算效率。模拟结果表明:不同模拟区域和网格剖分尺寸对晶粒体积的分布规律没有明显影响;较快冷却速度下,存在溶质富集和枝晶偏析。对Al4Cu合金的砂型和金属型试样的显微组织分别进行模拟,结果与实验符合较好。