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.     

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.     

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1h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:ln?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.     

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。     

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.     

碳钢连铸凝固过程的微观模拟

通过一种简单的数学模型研究了连铸坯凝固过程中枝晶生长的重要微观结构参数.结合中碳钢连铸性能计算出凝固过程中枝晶生长的尖端半径、枝晶生长速率、二次枝晶臂间距等枝晶相关参数,并研究了拉速对上述微观结构参数的影响.分析了碳、硅、锰、磷和硫等重要元素的微观偏析程度随凝固进程与坯壳生长的变化规律.与前人经验模型的对比与验证表明本文模型预测结果合理.     

金属凝固显微组织的计算机模拟

应用计算机数值模拟技术研究金属凝固显微组织的形成规律是材料科学发展的重要前沿领域之一。文章对该领域的最新研究进展作了简要评述；重点介绍了作者发展的一个改进的MCA(modified cellular automaton)模型的特点以及应用该模型在合金凝固组织 数值模拟方面的一些主要工作。     

快速传热传质对Fe-Cu包晶合金凝固过程的作用机制

通过求解急冷熔体中的速度场和温度场, 分析了快速凝固过程中Fe-Cu包晶合金熔体的黏性流动及其组织形成规律, 并对理论结果进行了实验验证. 发现合金熔体在急冷快速凝固过程中, 沿液池的高度方向存在着较大的温度梯度, 而在与辊面相切的水平方向上液池温度变化不甚显著. 熔体自喷嘴喷出后, 在高度约180 μm处迅速改变流速的大小和方向: 水平流速迅速增大, 而高度方向的流速则急剧减小. 液池底部存在高度为160~240 μm的动量边界层和厚度为160~300 μm的热边界层, 边界层中的雷诺数Re在870~1070范围. 随着Re数的增大, 冷却速率呈线性增大, 热边界层厚度单调增加, 动量边界层厚度则呈现出非线性变化趋势. 当Re<1024时, 动量传输作用较强, 急冷液相的黏性流动比较显著, 分离液相易于形成纤维状凝固组织; 而当Re>1024时, 热量传输作用显著增强, 液相流动受到抑制, 容易获得均匀细小的等轴晶组织.     

二元合金凝固微观模型的研究现状

基于对二元合金凝固过程宏观传输耦合数学模型中非平衡凝固路径和局部液相溶质浓度的确定,详细讨论了两种不同类型的微观凝固数学模型,即凝固动力学模型和凝固微观偏析模型,对其中的确定性凝固动力学模型和微观偏析半解析模型的研究现状分别进行了回顾,分别讨论了凝固动力学模型和微观偏析模型的主要影响因素,即过冷度和形核率以及固相反向扩散和枝晶结构粗化,对凝固微观模型在合金凝固过程耦合数值模拟中的应用价值及其未来的研究方向进行了阐述.     

亚快速凝固结晶取向对结晶形态选择的影响

采用区域熔化定向凝固装置，对冷却速度在１３～１３０Ｋ／ｓ范围内Ｎｉ－５％Ｃｕ合金的结晶形貌研究表明：在温度梯度１３００Ｋ／ｃｍ条件下，晶体生长速度ｖ＝５００μｍ／ｓ时，不同结晶取向晶粒的结晶形貌不同；当晶体生长速度ｖ＝８００μｍ／ｓ时，不同结晶取向晶粒的细胞晶间距不同，亚快速凝固条件下，晶体生长方向对结晶形貌的影响非常显著．     

Solidification,microstructure, and mechanical properties of the as-cast ZRE1 magnesium alloy with different praseodymium contents

The influence of praseodymium (Pr) content on the solidification characteristics, microstructure, and mechanical properties of ZRE1 magnesium (Mg) cast alloy was investigated. The obtained solidification parameters showed that Pr strongly affected the solidification time, leading to refinement of the microstructure of the alloys. When the freezing time was reduced to approximately 52 s, the grain size decreased by 12%. Mg₁₂Zn (Ce,Pr) was formed as a new phase upon the addition of Pr and was detected via X-ray diffraction analysis. The addition of Pr led to a substantial improvement in mechanical properties, which was attributed to the formation of intermetallic compounds; the ultimate tensile strength and yield strength increased by approximately 10% and 13%, respectively. Pr addition also refined the microstructure, and the hardness was recovered. The results herein demonstrate that the mechanical properties of Mg alloys are strongly influenced by their microstructure characteristics, including the grain size, volume fraction, and distribution of intermetallic phases.     

多组元Al基体系热力学和动力学数据库及其应用

采用差示扫描量热法(DSC)、光学显微镜、扫描电镜SEM和电子探针EPMA实验技术,系统研究了多组元Al基Al356.1合金定向凝固的显微组织及显微偏析,用所建立的热力学及动力学数据库计算模拟了3个多组元Al合金(Al356.1,Al356.2,Al518.2)的平衡凝固、Scheil-Gulliver非平衡凝固及其在实际凝固条件下的显微组织与显微偏析,并将计算结果与研究实验结果及文献中的实验数据进行了比较.研究结果表明:模拟计算结果同实验结果相吻合,所建立的热力学及动力学数据库精确、可靠.     

连续定向凝固过程铜铬合金的组织与缺陷

研究了铜铬合金的连续定向凝固的工艺条件及相互之间的匹配关系,以及铜铬合金的显微组织及其表面缺陷形成的成因,结果表明,结晶器高度１０－２５ｍｍ,冷却距离２５ｍｍ,合金温度１２１０－１２８０℃,牵引速度０．２－１．０ｍｍ／ｓ,冷却水量７２０Ｌ／ｈ时,可制得Ｃｕ－０．６％Ｃｒ合金材料。     

Al-Si合金快速等轴凝固界面响应函数及组织选择

在快速枝晶及共晶生长理论模型基础上,使用最高界面生长温度判据,建立了共晶合金快速等轴凝固界面响应函数(IRF)模型,分析了Al-Si合金系各种相及组织的竞争生长,绘制了非平衡组织选择图.计算结果与实验结果基本吻合,说明所建立的界面响应函数模型可以较好地预测Al-Si合金等轴凝固过程中的非平衡组织选择及形态演化.     

含氮不锈钢凝固模式及显微组织研究

研究了四种不同N含量的18Mn18Cr N不锈钢的凝固模式、显微组织和元素分布.结果表明:N含量影响18Mn18Cr N合金系的凝固模式和显微组织.氮的质量分数由0.07%增加至0.72%时,实验钢的凝固模式由F模式转变为A模式,显微组织由铁素体和奥氏体魏氏两相组织转变为铁素体和奥氏体两相组织以及单相奥氏体组织.N含量影响奥氏体相形貌,随N含量增加,奥氏体由板条状、针状转变为枝晶间和等轴状.枝晶间和等轴状奥氏体晶粒中存在褶皱形貌,且随着氮含量增加,褶皱数量增多.褶皱的产生与凝固过程中奥氏体相内部Fe、Mn、Cr元素的偏析有关,且该凝固偏析被保留至室温组织中.     

Solidification microstructure formation in HK40 and HH40 alloys

The microstructure formation processes in HK40 and HH40 alloys were investigated through JmatPro calculations and quenching performed during directional solidification. The phase transition routes of HK40 and HH40 alloys were determined as L → L + γ → L + γ + M₇C₃ → γ + M₇C₃ → γ + M₇C₃ + M₂₃C₆→ γ + M₂₃C₆ and L → L + δ → L + δ + γ→ L + δ + γ + M₂₃C₆ δ + γ + M₂₃C₆, respectively. The solidification mode was determined to be the austenitic mode (A mode) in HK40 alloy and the ferritic–austenitic solidification mode (FA mode) in HH40 alloy. In HK40 alloy, eutectic carbides directly precipitate in a liquid and coarsen during cooling. The primary γ dendrites grow at the 60° angle to each other. On the other hand, in HH40 alloy, residual δ forms because of the incomplete transformation from δ to γ. Cr₂₃C₆ carbide is produced in solid delta ferrite δ but not directly in liquid HH40 alloy. Because of carbide formation in the solid phase and no rapid growth of the dendrite in a non-preferential direction, HH40 alloy is more resistant to cast defect formation than HK40 alloy.     

Solidification pattern and microstructures of AZ91D magnesium alloy through rheoforming

The optical microscope, SEM and EDS were adopted to analyze the rheoforming solidification morphologies and microstructures of deformed AZ91D magnesium alloy after isothermal treatment in semisolid state. The results show that primary α phase can be formed through attachment growth, when the liquid fraction is small; and primary α phase will grow in dendrites, when the liquid fraction is high. Eutectic solidification is carried out in the ways of both dissociated growth and symbiotic growth, depending on the morphology of primary α phase. Liquid with eutectic concentration solidifies into lamina eutectic. During solidification of the liquid pools inside grains, α phase can be formed through attachment growth. The eutectic solidification was mainly carried out in the dissociated pattern.