Cu-70%Sn 合金定向凝固中包晶相的生长

利用定向凝固方法,对 Cu-70%Sn 合金中包晶η相的生长行为进行了研究.结果表明,包晶η相生长的主要机制为包晶转变,而非包晶反应.在定向凝固中停止抽拉不同时间,发现不同的凝固温度及时间对相尺度及含量有较大影响,其中停止抽拉1 h的定向凝固组织中包晶η相的厚度△x与凝固温度T的关系满足In△x=6.5-1673/T;而包晶η相的厚度与时间的平方根呈线性关系,并随凝固温度的升高,合金扩散系数增大,包晶η相的厚度与时间的平方根关系发生偏离.     

Nd-Fe-B 包晶合金的定向凝固组织及相选择

对 Nd11.76Fe82.3B5.88包晶成分和 Nd13.5Fe79.75B6.75过包晶成分合金进行了高梯度定向凝固和激光快速定向凝固实验,研究了 Nd-Fe-B 合金组织形成及相选择与凝固参量(温度梯度 G,生长速度 V,合金成分 C0)之间的对应关系.针对包晶相为无固溶度的化学计量比结构的 Nd-Fe-B 合金体系,讨论计算了合金定向凝固过程γ-Fe及包晶T1相的界面温度随生长速率的变化,获得了 Nd-Fe-B 合金定向凝固相/组织选择图,确定了合金凝固中各相及生长形态转化的条件.Bridgman定向凝固实验中,随着抽拉速率的增加,T1相由平面/小平面向枝晶形貌转变;Nd13.5Fe79.75B6 75合金的激光实验中,凝固速率由4.4～5.0 mm/s时,领先析出的组织由γ-Fe 枝晶转变为 T1 相枝晶.实验结果与理论计算给出的相/组织选择图吻合较好.     

Nd-Fe-B包晶合金的定向凝固组织及相选择

对Nd11.76Fe82.36B5.88包晶成分和Nd13.5Fe79.75B6.75过包晶成分合金进行了高梯度定向凝固和激光快速定向凝固实验,研究了Nd-Fe-B合金组织形成及相选择与凝固参量(温度梯度G,生长速度V,合金成分C0)之间的对应关系.针对包晶相为无固溶度的化学计量比结构的Nd-Fe-B合金体系,讨论计算了合金定向凝固过程γ-Fe及包晶T1相的界面温度随生长速率的变化,获得了Nd-Fe-B合金定向凝固相/组织选择图,确定了合金凝固中各相及生长形态转化的条件.Bridgman定向凝固实验中,随着抽拉速率的增加,T1相由平面/小平面向枝晶形貌转变;Nd13.5Fe79.75B6.75合金的激光实验中,凝固速率由4.4~5.0mm/s时,领先析出的组织由γ-Fe枝晶转变为T1相枝晶.实验结果与理论计算给出的相/组织选择图吻合较好.     

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。     

包晶凝固的研究现状及进展

目前人们对包晶凝固过程和机理的研究远没有单相和共晶体系那样深入,长期以来仅限于定性的描述,至今还没有形成较为完整的理论体系,也没有单相和共晶合金那样较成熟的凝固模型。本文评述了其近年来包晶凝固的理论、各种假设模型,讨论了定向凝固过程中组织,生长机制等。     

非平衡凝固Fe-Ni包晶合金的δ／γ相变

以包晶点合金Fe-4.33%Ni(原子分数)为研究对象,详细描述了不同熔体初始过冷度(?T)下合金的快速凝固过程以及凝固组织的δ/γ相变过程.以此为基础,结合相变动力学TTT(temperature-time-transformation)曲线,系统探讨了?T同过冷Fe-Ni包晶合金凝固组织中δ/γ相变间的物理联系.结果表明,初始过冷度的变化不仅会使δ/γ相变的路径发生变化,而且会使不同相变机制控制下的δ/γ相变的体积分数发生变化.     

考虑包晶反应的包晶层片共生生长模型

在共晶生长Jackson-Hunt模型和Boettinger对包晶共生生长分析的基础上, 对包晶层片共生生长过程中的溶质场进行了求解. 在对Fe-Ni包晶合金共生生长的计算中发现, 共生生长界面过冷度DT随层片间距l变化曲线的斜率dDT/dl在很大的层片间距范围内都接近零, 此时共生生长是可以进行的, 这为目前得到的共生生长不满足形态稳定性的假设之间的矛盾提供了解释. 此外, 由于包晶共生生长过程中包晶反应很难进行完全, 包晶相变很难达到完全平衡状 态, 所以将包晶反应不完全性引入到包晶共生生长模型中, 发现包晶反应完成完全平衡状态的60%~80%时计算结果与Fe-Ni合金共生生长的实验结果吻合很好.     

Fe-C二元合金包晶相变的相场法模拟

以Fe-0.79 mol%C二元合金为例,采用多相场法,模拟研究了包晶相变过程中不同过冷度下奥氏体的演化过程,讨论了过冷度对奥氏体生长速度与形貌的影响.结果表明:包晶反应过程中,在界面迁移率与溶质富集的影响下,靠近三相节点处的部分δ相重熔,导致γ相向δ相内生长;当液相中的球状δ相表面发生包晶相变时,γ相作为一个外壳包围着δ相生长,最后在δ相周围形成一层γ相的核壳;随着过冷度的增加,包晶相变的驱动力增加,γ相的生长速度加快,γ相包围δ相的量越多。     

非平衡凝固 Fe-Ni 包晶合金的δ/γ相变

以包晶点合金 Fe-4.33%Ni(原子分数)为研究对象,详细描述了不同熔体初始过冷度(△T)下合金的快速凝固过程以及凝固组织的δ/γ相变过程.以此为基础,结合相变动力学TTT(temperature-time-transformation)曲线,系统探讨了△T同过冷 Fe-Ni 包晶合金凝固组织中δ/γ相变间的物理联系.结果表明,初始过冷度的变化不仅会使δ/γ相变的路径发生变化,而且会使不同相变机制控制下的δ/γ相变的体积分数发生变化.     

自适应有限元法对合金定向倾斜枝晶生长的相场法模拟

建立了合金定向倾斜枝晶生长的相场模型,采用非均匀网格的自适应有限元法求解薄界面层厚度条件下的相场模型,研究了Al-Cu(w(Cu)=4％)合金的倾斜枝晶演化过程,定量分析了冷却速率、主晶间距对凝固组织的影响.结果表明:冷却速率、主晶间距和抽拉速度可以控制倾斜枝晶的生长角度,随着冷却速率的增加,枝晶的生长会偏离择优取角向...     

Multi-GPU加速的二元合金定向凝固三维相场模型

基于三维相场模型,使用MPI+CUDA异构协同并行技术,在GPU集群上建立三维合金定向凝固的MultiGPU计算模型,实现了Al-Cu二元合金三维定向凝固的模拟.再现了Al-Cu二元合金三维定向凝固的过程,以及不同取向晶粒间的竞争生长现象.通过与传统CPU串行计算模型相比较,验证了Multi-GPU计算模型的计算效率和加速效果.实现了二元合金定向凝固的加速模拟计算,其加速比最大可达57.7.     

TbDyFe合金定向凝固过程中晶体的取向生长

利用自制的超高温度梯度定向凝固装置 ZMLMC,在不用籽晶的情况下 ,制备出了完全〈1 1 0〉取向的 7　 mm× 1 2 0　 mm的稀土超磁致伸缩棒材 ,并对定向凝固开始到晶体稳定生长全过程晶体生长的形貌进行了观察和分析 .结果表明 ,晶体的取向程度和其生长形貌有明显的对应关系 ;在温度梯度为 70 0　 K/cm,抽拉速率为 6～ 1 0　 μm/s的条件下 ,Tb0 .2 7Dy0 .73 Fe1.9合金棒材定向凝固长度达 1 2　 mm时 ,就可获得〈1 1 0〉取向的晶体 ,而该晶体达到稳定生长所需的棒材长度至少为 2 0　mm;所制棒材中〈1 1 0〉取向生长方向与其轴向间的偏差仅为 3°     

强磁场对定向凝固Pb-Sn共晶生长影响的初步研究

在10 T强磁场下对Pb-Sn共晶合金沿垂直向上方向进行定向凝固实验,分析了强磁场对共晶生长的影响.实验发现,强磁场下耦合生长的Pb-Sn共晶两相的排列方向明显偏离垂直方向,极端情况下甚至出现近似横向的排列.这种现象的产生与领先相Pb的磁性能相关.     

700℃以上超超临界电站锅炉过热器管材用典型镍基合金的平衡析出相规律

利用热力学计算软件Thermo--Calc及镍基合金数据库,计算了三种700℃以上超超临界电站用过热器管道材料Inconel740、Inconel617和GH2984合金的热力学平衡相图,并对比了三种材料主要析出相的析出行为.计算结果表明:三种合金主要的析出相包括γ、γ'、碳化物、σ、η、δ、μ及α--Cr等,凝固过程中Mo、Nb和Ti元素偏析严重,会降低合金的初熔点,因此后期均匀化退火处理十分重要.另一方面,750℃时Inconel740合金γ'相析出量大于另外两种合金,并且Al和Ti含量对γ'相和η相析出行为有较大影响.碳化物的计算表明,Inconel617合金一次碳化物与另两种合金不同,并且其二次碳化物的析出温度范围最大.GH2984合金中Fe含量较大时会导致σ相出现,对合金的性能产生不利影响.     

热浸镀铝工艺参数变化对合金层影响的研究

分析了热浸镀时间(t)、温度(T)、待镀件成分、相结构变化对镀层中合金层形貌、厚度(H)、合金层的重熔产生的影响.实验结果表明,合金层的形貌、厚度、重熔与热浸镀温度有密切关系,钢基成分对合金层形貌、厚度也产生一定的影响,而合金层厚度和形貌对热浸镀时的时间因素不敏感,在合金层达到一定厚度后,就基本上不再随时间的延长而改变.     

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.     

Mg-xZn-Y合金显微组织、力学性能与导热性能研究

研究了Zn含量以及定向凝固拉伸速度对Mg-Zn-Y合金显微组织、力学性能和导热性能的影响。结果表明,Mg-x Zn-Y(x=1,3,5%)合金组织主要由α-Mg相与Mg3Zn6Y相组成。随着随着Zn含量的增多,晶粒细化;定向凝固使组织由等轴晶或树枝晶向柱状晶转变,随着拉伸速度的增大,柱状晶宽度变窄。铸态合金的室温力学性能随着Zn含量的增加而增大,定向凝固合金的室温力学性能随着拉伸速度的增大而增大,当拉伸速度为100 um/s时,抗拉强度达到了260.2 MPa,相比于铸态合金,提高了44.1%;伸长率达到了14.46%,相比于铸态合金,提高了61.7%.铸态合金的热导率随着Zn含量的增加而减小,定向凝固合金的热导率随着拉伸速度的增大而减小,但是,相比于铸态合金,定向凝固合金的热导率均有所提高。     

TbDyFe合金的定向凝固和取向生长

利用自制的超高温度梯度定向凝固装置,研究了稀土巨磁致伸缩材料Tb0.27Dy0.73Fex(x=1.8,1.95at%)合金在不同凝固条件下的凝固行为。发现Tb0.27Dy0.73Fe1.8合金在不同的凝固条件范围内可以有有序的层状结构、无序的短柱状结构和混合结构,而Tb0.27Dy0.73Fe1.95合金的显微结构始终是层片状结构,在实验条件范围内与凝固条件无关;分析了Tb0.27Dy0.73Fe1.95合金定向凝固条件、晶体生长形貌、晶体择优生长方向间的关系,发现结晶形貌为胞状晶或无侧向分枝的树枝晶时其择优取向为<110>,结晶形貌为发达的树枝晶时其择优生长方向为<112>,而在胞-枝转变区晶体为<110>,<112>,<113>等多种取向的混合,胞枝转变区随温度梯度的提高而减小;Tb0.27Dy0.73Fe1.95合金定向凝固时发生胞枝转变的凝固条件为GL/V值介于(9.60～10.45)×102K·s/mm2之间。     

定向凝固过程流动、传热、传质的耦合数值模拟-Ⅰ数学模型

为了研究电磁场作用下定向凝固过程中电磁场对动量、能量和溶质分布的影响,建立了描述多元合金凝固过程多物理场耦合关系的数学模型．基于伪二元思想,模型给出了液相线温度与固相分数及液相多元溶质浓度的耦合关系式．依据控制容积的有限差分法(CV-FDM)建立了微分方程的隐式离散格式,采用SIMPLE方法求解．运用该模型通过数值计算可以将工艺参数和凝固过程很好联系起来,为电磁场作用下多元合金定向凝固过程的分析计算和实验提供理论依据．     

Mg对Zn--11%Al合金镀层凝固组织及合金层生长的影响

将工业纯铁分别在510℃的Zn-11%Al、Zn-11%Al-1.5%Mg、Zn-11%Al-3%Mg和Zn-11%Al-4.5%Mg合金熔池中进行不同时间的热浸镀,使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪等仪器设备,研究Mg含量对Zn-11%Al合金镀层凝固组织和镀层中Fe-Al合金层生长的影响.结果表明：Zn-11%Al合金镀层凝固组织由富Al相和Zn/Al二元共晶组成;随着Zn-11%Al-x%Mg合金中Mg含量的增加,合金镀层的凝固组织中逐渐出现Zn/Al/MgZn2三元共晶、块状 MgZn2相和Al/MgZn2二元共晶.四种合金镀层中合金层主要由Fe2 Al5 Znx和FeAl3 Znx相组成,合金层的厚度随浸镀时间的增加而增加,Mg含量的增加使Fe-Al合金层生长速率指数和生长速率降低.在Zn-11%Al合金镀层中Fe-Al合金层形成的初期,可形成致密稳定的Fe-Al化合物层;热浸镀120 s后,扩散通道的移动使Fe-Al化合物层失稳破裂. Zn-11%Al-x%Mg合金中Mg元素可明显推迟液Zn进入镀层中Fe-Al合金层的时间,使Fe-Al合金层更加稳定和致密.