超声铸造7050铝合金的微观组织和宏观偏析规律

采用不同功率超声对铝熔体进行处理,研究超声场对7050铝合金凝固组织和宏观偏析的影响规律.结果表明:超声振动产生的空化效应和声流效应影响熔体的凝固过程,合理功率的超声能有效细化晶粒、优化组织及改善宏观溶质分布.当超声功率达到170 W时,铸锭径向宏观偏析的弱化效果最好,Zn、Mg和Cu的偏析指数分别为0.0593、0.0565和0.0319;超声功率超过170 W,溶质元素在中心区域富集量显著提高,宏观偏析程度增大.     

溶体超声处理对7050铝合金铸锭微观偏析的影响

采用不施加超声、施加300、1 000 W功率超声三种工艺处理半连铸成形7050铝合金大扁锭,并对不同铸锭的第二相形貌、溶质元素含量变化进行了分析.结果表明:经超声处理的铸锭,非平衡共晶组织变得细小而分散;超声作用下Zn、Mg和Cu元素的成分曲线较常规铸锭平缓,1 000 W超声作用效果更加明显,其Zn、Mg和Cu的晶内相对溶质固溶度分别提高6.36%,19.44%和10.14%;超声处理增大了各溶质元素的有效分配系数k_e值,凝固初期的增幅为0.04~0.24;1 000 W超声作用使铸锭芯部及边部区域的微观偏析得到有效弱化,而芯部距离边部1/2处作用效果相对较差;由于超声加速了凝固前沿的冷却速度,使更多的溶质原子固溶到α-Al中,Zn、Mg和Cu元素在铸锭中的微观偏析得到了改善.      

超声对7050铝合金显微组织及溶质固溶度的影响

在铝合金半连续铸造过程中,分别采用不施加外场与施加超声外场2种方案制备7050铝合金扁锭,采用Leica台式金相显微镜观察2种铸锭的显微组织,利用电子探针分析仪(EPMA)测定试样晶粒内主要合金元素Zn,Mg和Cu的含量,并对试样做线扫描分析。研究结果表明:施加超声外场铸锭的凝固组织与未施加超声外场铸锭的相比明显细化,铸锭中形成大量细小、均匀的等轴晶组织,溶质元素在晶内的固溶度增大;Zn,Mg和Cu的晶内相对溶质固溶度分别提高17.468%,49.549%和21.849%。     

超声处理对2219大规格铝锭微观组织与宏观偏析的影响

在半连续铸造过程中施加超声,成功制备了Φ1250 mm 2219铝合金铸锭.利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪及直读光谱仪等仪器对铸锭的组织与成分分布进行检测与分析,探究超声对铸锭组织与偏析的内在作用机制.研究结果表明:超声振动引起的空化和声流效应能明显均匀组织结构,细化晶粒,尤其是心部晶粒细化率达到39.6%.超声促进铸锭晶间第二相呈枝丫状断续分布,晶内析出物点状弥散分布.同时,超声有效减小近表面负偏析,降低边部与心部之间的溶质浓度差异,弱化整个横截面的浓度波动,从而改善宏观偏析.     

低频磁场对水平连铸2024铝合金微观组织的影响

研究了低频电磁水平连铸铝合金铸锭与普通水平连续铸造铝合金铸锭的铸态组织和宏观偏析情况.采用低频电磁水平连续铸造技术和普通水平连续铸造技术生产了2024变形铝合金铸锭,铸锭规格为40 mm×200 mm扁锭.对两种铸造方法得到的铝合金铸锭分别取样进行光学显微组织分析,并分别在横截面上取样进行化学分析.实验结果表明,低频电磁场可以显著地改善铸锭的微观组织,使铸锭的微观组织得到明显细化;低频电磁场还可以减少Cu元素在横截面上的宏观偏析,使Cu元素在横截面上的分布更加均匀.     

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。     

稀土元素对耐候钢元素偏析的影响

应用金属原位统计分布分析技术(OPA)研究了耐候钢铸锭中C、P、S、Cu、Si和Mn的宏观偏析规律,并分析了稀土元素对耐候钢中元素偏析的影响.结果表明,在30%～40%等轴晶率,20℃过热度下,元素C、S、P和Cu能产生严重的宏观偏析,C、S呈中心正偏析,P、Cu呈中心负偏析并伴随有反偏析,而Si和Mn的分布较为均匀.各个元素中心偏析位置完全相同.稀土元素在钢中的固溶度为10-5～10-4,固溶稀土元素可以细化枝晶,提高等轴晶率.钢中加入质量分数0.38%～0.55%的稀土元素可以有效改善C、S、P和Cu的宏观偏析.     

超声外场对7085铝合金基体组织及第二相的影响

采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子探针(EPMA)等技术研究超声外场对7085铝合金基体组织以及第二相组织的影响规律。研究结果表明:与未施加超声外场的铸锭相比,经过超声外场处理的铸锭中呈现出大量尺寸细小、分布均匀的等轴晶组织,平均晶粒粒径减小到176μm,Zn和Mg在基体中的固溶度分别提高22%和54%;超声外场下,第二相组织的形貌和尺寸也得到很大的改善,失去长条状和针状的特征,呈现出细小弥散的第二相组织,θ+T共晶组织平均长度减少20%,Al3Fe相平均长度减少32%,Mg2Si相平均长度减少45%,Al3Fe相和Mg2Si相中的合金元素部分被固溶到基体组织中。     

电磁铸造对金基合金微观组织和溶质分布的影响

为了更好地提高金基合金镀膜产品的性能,分别采用电磁铸造和传统模铸工艺制备了真空溅射靶材用Au-Cu系多元金基合金,研究了电磁场对该金基合金显微组织和各溶质元素分布的影响.结果表明:和传统模铸相比,采用电磁铸造技术制备的金基合金其凝固组织的枝晶化程度明显降低,各溶质元素的偏析程度也在很大程度上得到了抑制,并对在电磁场作用下金基合金凝固组织的细化机理和溶质元素的分布规律进行了探讨.     

5383铝合金铸锭偏析行为及均匀化制度的研究

采用扫描电子显微镜（SEM）,X射线衍射仪（XRD）和透射电子显微镜（TEM）,研究了铸态5383铝合金的元素偏析行为及均匀化制度对其微观组织演变的影响.研究结果表明：铸态5383铝合金组织中Mg、Cu和Mn等元素偏析严重,晶界处有大量网状分布的难溶金属间相;均匀化处理后,非平衡共晶相和难溶金属间相发生回溶,晶粒长大并球化,Mg、Cu和Mn等元素偏析程度减小,同时在位错和晶界附近有大量细小析出相;结合试验及均匀化动力学方程计算结果,得到试验合金的最佳均匀化工艺为480~490℃退火24 h,过烧温度为506℃.     

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.     

超声波功率对铸轧5182铝合金带坯组织性能的影响

采用超声波连续铸轧工艺制备5182铝合金带坯,研究了超声波功率对5182铝合金带坯组织性能的影响.结果表明：施加超声波振动可细化5182铝合金带坯的晶粒组织,减轻元素的偏析程度.超声波的功率越大,5182铝合金带坯的晶粒越细小,元素偏析程度越小,拉伸力学性能越高.当超声波功率为800 W时,5182铝合金带坯的抗拉强度为211.4 MPa,伸长率为18.4%,与未施加超声波振动相比,此时5182铝合金带坯的抗拉强度提高了15.8%,伸长率提高了26.0%.     

面向生物医用的镁合金成分及凝固组织研究

通过对镁合金铸锭后显微组织的观察,结合SEM能谱分析,研究了Ca,Mn元素对镁合金组织的影响.研究发现,Mg-2.0Mn的显微组织是由基体组织(α-Mg)和点状析出的组织(α-Mn)组成;Mg-0.5Ca的显微组织是由(α-Mg)基体组织和非平衡结晶形成的Mg2Ca相组成.Ca,Mn对镁合金的组织均有细化作用,当同时加入Ca,Mn合金元素时,镁合金的显微组织会更加细小,晶粒趋于均匀圆整,同时第二相颗粒减少.其原因是:Ca提高了Mn与镁合金的润湿性,提高了Mn的溶解与扩散能力,温度降低Mn原子从合金中析出,为合金凝固提供了大量的晶核.     

电磁水平连铸1560镍基合金的组织与性能研究

为提高1560镍基合金圆形铸锭的质量,采用电磁水平连铸方法对其进行生产实验,并对圆锭及其坯料再进一步轧制和冷拉所生产系列棒线材产品的组织与性能进行了研究。结果表明,该方法生产的1560镍基合金电磁铸锭的芯部由中心等轴晶组成,其溶质元素偏析程度明显降低,且常规水平连铸过程中常见的芯部裂纹、缩孔和疏松等缺陷也得到有效消除。该方法不仅取消了传统工艺中的铸坯退火、锻造及打磨等工序,而且还缩短了工艺流程,其产品成材率也由传统工艺时的70%提升到90%以上。     

Al-Zn-Mg-Cu系铝合金微合金化的研究进展

就单一合金元素及复合多种合金元素对Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的铸态组织、析出相、力学性能及腐蚀性能的影响进行综述。单独加入稀土元素Er,Ce,Ho,Sc等,可以净化基体,使合金熔铸缺陷明显减少,细化晶粒,促进合金元素在基体中的固溶,使晶界减少偏析;单独加入微量的Zr,可以提高合金的再结晶温度,抗拉强度,应力腐蚀能力;复合添加稀土及其他微量合金元素,对提高铝合金的综合性能更为有效。     

Al-Zn-Mg-(Cu)系铝合金微合金化的研究进展

随着航空、航天等高新技术的发展,对铝合金性能的要求也更苛刻。微合金化是提高铝合金性能的重要途径,一直是国内外主要的研究热点。稀土元素性质活泼,非常容易与铝合金基体及其溶质元素产生化合反应,能够有效改善AlZn-Mg-(Cu)系铝合金的微观组织结构,大幅提升其综合性能;而非稀土元素的微合金化则能弥补稀土元素微合金化的局限性,因此得到了广泛应用。本文综述了稀土元素Sc、Er、Ce和常规元素Zr、Ag、Sn、Cr、Sr等对Al-Zn-Mg-(Cu)系铝合金的微合金化作用机理,并对今后铝合金微合金化的研究发展方向提出建议。     

Rapid growth of primary dendrite in highly undercooled copper-antimany alloy

The droplets of Cu-11wt.%Sb hypoeutectic alloy have been rapidly solidified during containerless processing in a 3 m drop tube. The undercooling and cooling rates are estimated, and both play a dominant role in the dendritic growth of primary Cu phase. Undercoolings up to 200 K (0.16TL, where TL is the liquidus temperature) have been obtained in the experiment. With the increase of undercooling, the microstructural evolution of primary Cu phase proceeds from remelted dendrites to the equiaxed grains. A coarse dendritic grain microstructure can form in the undercooling range of 61～102 K and at cooling rates of 1.35×102～2.66×103 K/s. The segregationless solidification of Cu-11wt.%Sb hypoeutectic alloy occurs when undercooling is more than 176 K. The growth of primary Cu phase is mainly controlled by solute diffusion.     

AlSi7MgBe合金半固态坯料制备及其触变成形

采用近液相线半连续铸造技术制备AlSi7MgBe合金半固态坯料,研究制坯工艺以及二次加热温度和保温时间对半固态浆料微观组织的影响,通过组织与性能分析对AlSi7MgBe合金的半固态触变成形性进行了研究.研究结果表明,AlSi7MgBe合金采用近液相线半连续铸造,坯料具有均匀、细小的蔷薇状组织.当二次加热温度为595℃,保温15 min时,能够得到适合于进行半固态触变成形的球化组织.对近液相线半连续铸造AlSi7MgBe合金坯料进行半固态触变成形,可以获得轮廓清晰、组织致密的成形件,成形件的组织与性能得到改善,与液态模锻工艺相比,硬度提高20%.