PbSnBi熔体液-液结构转变可逆性与凝固行为相关性研究

根据不同成分的PbSnBi三元合金熔体在温度诱导下发生液-液结构转变存在可逆与不可逆的差异,文章分别选取不可逆液-液结构转变的Pb3.82Sn6.18Bi90和可逆液-液结构转变的Pb26Sn42Bi32合金熔体,在不同温度诱导下对其凝固行为及组织进行了研究。结果表明,不可逆液-液结构转变后的Pb3.82Sn6.18Bi90合金熔体的结晶形核率和凝固过冷度较发生转变前增大,且初生相和共晶相组织明显细化;而可逆液-液结构转变的Pb26Sn42Bi32合金熔体对凝固行为及组织的影响不大;文中还就相关作用机理进行了讨论。     

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。     

Cu基亚稳难混溶合金液-液相变

通过气体雾化技术研究了Cu100-XFeX (X=15, 20, 30和40)合金的凝固行为. 考虑少量相液滴形核、扩散长大、空间迁移、凝固界面与液滴间的相互作用以及体积分数等共同影响因素,建立了能描述该类合金凝固组织演变动力学模型. 将数学模型与雾化液滴飞行过程中运动、传热和传质的控制方程相耦合,给出了数值求解方法,模拟计算了Cu基亚稳难混溶合金液-液相分离过程. 结果表明:富Fe粒子的平均尺寸随着Fe含量的增加而增大;少量相液滴形核发生在基体熔体过饱和度峰值附近;随着冷却速度的增大,雾化液滴中少量相液滴的形核率增大,但平均半径减小;少量相液滴在Marangoni迁移和与固/液界面相互排斥共同作用下,向雾化液滴中心迁移,使雾化粉末最终形成壳型组织结构.     

V-Ti-Cr系储氢合金吸氢动力学机制研究

通过试验测试及动力学方程计算,研究了(TiCr)1-xVx(x=0.05,0.10,0.35)V-Ti-Cr系合金吸氢动力学机制.结果显示,随着钒含量的增加,合金由莱维氏单相结构逐渐转变为莱维氏相和低钒含量的体心立方(BCC)固溶体两相结构,最终转变为高钒含量的BCC固溶体单相结构.相应地,其吸氢机制也由化学反应控制,逐渐转变为形核长大机制,最终转变为三维扩散机制.相结构的变化同吸氢机制的变化有一定的对应关系,吸氢动力学机制不同,表现出吸氢速率不同,化学反应控制的吸氢过程速度较快,三维扩散机制控制的吸氢过程速度较慢.     

熔体过热对Bi-Sb20合金熔体结构转变和退火稳定性的影响

熔体过热处理可以使熔体微结构发生转变,进而改变凝固后的组织和性能.以Bi基二元合金Bi-Sb20为研究对象,对合金Bi-Sb20分别进行700℃、900℃恒温熔体过热处理,通过测量熔体的电阻率随时间的变化曲线来研究熔体结构的转变.实验中发现Bi-Sb20合金熔体的结构转变存在一个临界温度,超过临界温度熔体合金的组织结构会发生变化,金相实验显示Bi-Sb20合金在经过900℃熔体过热处理后晶粒显著细化.但是对比700℃熔体过热处理、凝固后250℃退火处理和900℃熔体过热处理、凝固后250℃退火处理,实验结果表明900℃熔体过热处理后再进行合金退火后反而晶粒变大,且组织结构不稳定.因此经过熔体过热处理晶粒已经细化的合金不需再进行退火处理.该研究为有效开发利用过热处理工艺改变Bi-Sb20合金的结构和性能提供一定的实验依据.     

Ni75Al10V15合金早期沉淀过程的原子尺度计算机模拟

基于二元合金沉淀动力学相场方程的微观离散格点形式建立三元体系模型,在倒易空间中求解方程.用此模型对实际三元Ni75Al10V15合金的早期沉淀过程进行了模拟,计算γ′有序相的成分序参数和长程序参数.结果表明:Ni75Al10V15合金中γ′相的沉淀机制为非经典形核长大,先形成非化学计量比有序相,然后才形成化学计量比有序相,其中非化学计量比有序相并非热力学意义上的亚稳相;DO22结构的非化学计量比θ有序相在γ′相界处形成,其成分和有序化程度较低,且距离相界越远,有序程度越低,θ有序畴存在两种类型:水平分布和垂直分布,和它所依附的γ′相界面取向有关;该模型无须预先设定新相结构和沉淀类型,可在原子水平模拟三元体系的两个有序相析出、成分簇聚等过程.     

Al-Ce-Ni共晶合金块体金属的净化与组织细化

以Al-Ce-Ni共晶合金作为研究对象,采用熔体净化剂与循环过热相结合的方法净化合金,循环过热通过高温效应熔解、钝化异质形核质点,熔体净化剂通过化学溶解、物理化学吸附及其组元与异质形核衬底的化学反应去除异质形核质点与衬底,并减缓金属熔体的氧化.实验中使用不同的净化剂进行研究,发现使用80?O3 20%Na2O(mol%)净化,在850℃×5 min循环过热,熔体发生深过冷的效果最好.     

稀土在铝硅合金中细化和变质作用微观机制

采用单向凝固装置和光学、电子金相等研究分析手段，研究了稀土对铝硅合金中两相形态的作用规律，结果表明，无论对α－ＡＬ相还是对ｓｉ相，稀土都不表现出明显的形核作用。在铸态组织中，硅相主要富集于铝硅两相界面上，通过影响生长过程而影响二元组织的形态。稀土的加入使α－Ａｌ的二次枝晶细化，同时使硅相由板片状转变为细小的纤维状，并在后续热处理中转变为颗粒状。对合金的性能特别是韧性产生很好的影响。     

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.     

相异相似元素对Zr-Cu非晶合金熔体凝固过程影响

本文通过分子动力学模拟,使用平均五次对称、平均团簇尺寸、平均团簇寿命、自扩散系数、剪切黏度等方法表征相异及相似元素对Zr-Cu体系非晶合金熔体凝固过程中原子结构和动力学的影响.相异元素替换导致Zr-Cu非晶合金熔体凝固过程中的原子排列结构和动力学过程都发生明显改变,进而使其非晶形成能力得到提高;而显著提高非晶形成能力的相似元素替换对Zr-Cu体系非晶合金熔体凝固过程中原子排列结构没有显著影响,但导致动力学过程变慢,这表明动力学显著影响合金体系的非晶形成能力.