固态Cu-9P合金在液态铝中溶解过程的研究

以固态Cu-9P合金(质量分数,%)为对象,研究了 973 K时固态Cu-9P在铝液内的溶解过程。通过静态溶解和水淬实验得到了保留溶解过程信息的凝固组织。采用ZEISS Axio Vert.A1光学金相显微镜、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)对凝固组织进行了分析。研究发现,固态Cu-9P合金在铝液内溶解时,随着溶解时间的延长,固液界面上Cu-9P合金一侧易形成单相Cu3P,固液界面前沿富集有颗粒和层状的AIP。总结了固态Cu-9P合金在铝熔体的溶解过程,揭示了溶解速度慢的根本原因。     

Cu-Sc中间合金在液态Al-Zr合金中的溶解

本文研究了Cu-20wt%Sc中间合金在液态Al-0.12wt%Zr合金中的溶解行为。发现随着保温温度提高和保温时间延长,含Sc质点的尺寸减小,面积分数降低,Al₃Zr相质点尺寸也减小,面积分数也降低。凝固后在α Al基体中的Sc、Cu和Zr的固溶量随保温时间延长和保温温度提高都增加。保温一定时间后,部分溶解到溶体中的Sc原子被吸附到Al₃Zr相表面,形成中间为Al₃Zr相表面富Sc的结构。Sc和Zr联合加入后,合金凝固组织细小,随着保温温度提高和保温时间延长,合金凝固组织的晶粒尺寸略有增大。大量表面富Sc的Al₃Zr质点为合金凝固提供了大量的异质形核核心,细化了合金组织。添加Cu-Sc中间合金的Al-Zr合金,均匀化退火后,同添加Al-Sc-Zr中间合金一样,也析出大量“芯壳”结构的Al₃(Sc,Zr)相。     

铝基四元合金枝晶组织及微观偏析的数值模拟

建立了基于元胞自动机(CA)和热力学相平衡计算引擎(PanEngine)的二维耦合模型,并应用于铝基四元合金枝晶组织和微观偏析的数值模拟.在该耦合模型中,采用CA方法模拟枝晶组织的演变.以固/液界面的平衡液相线温度和实际温度的差值作为枝晶生长的驱动力,同时考虑了固/液界面曲率的Gibbs-Thomson效应.通过求解溶质传输方程获得固/液界面处三种溶质的液相成分,耦合PanEngine获得固/液界面处的平衡液相线温度及三种溶质的平衡固相成分,为提高计算效率,采用预制数据表格的优化策略将CA与PanEngine进行耦合.将Al-4.5Cu-0.5Mg-1Si(质量分数,%)四元合金凝固时的固相分数随温度的变化以及固相分数和固相成分分布关系的模拟结果与Scheil模型和平衡凝固模型的预测结果进行了对比,结果表明,该模型不仅可应用于模拟多元合金中的枝晶生长形貌,而且能对铝基四元合金系凝固的微观偏析进行定量预测.     

MODELING OF DENDRITIC STRUCTURE AND MICROSEGREGATION IN SOLIDIFICATION OF AL-RICH QUATERNARY ALLOYS

建立了基于元胞自动机(CA)和热力学相平衡计算引擎(PanEngine)的二维耦合模型, 并应用于铝 基四元合金枝晶组织和微观偏析的数值模拟. 在该耦合模型中, 采用CA方法模拟枝晶组织的演变. 以固/液界面的平衡液相线温度和实际温度的差值作为枝晶生长的驱动力, 同时考虑了固/液界面曲率的Gibbs-Thomson效应. 通过求解溶质传输方程获得固/液界面处三种溶质的液相成分, 耦合PanEngine获得固/液界面处的平衡液相线温度及三种溶质的平衡固相成分. 为提高计算效率, 采用预制数据表格的优化策略将CA与PanEngine进行耦合. 将Al-4.5Cu-0.5Mg-1Si(质量分数, %)四元合金凝固时的固相分数随温度的变化以及固相分数和固相成分分布关系的模拟结果与Scheil模型和平衡凝固模型的预测结果进行了对比, 结果表明, 该模型不仅可应用于模拟多元合金中的枝晶生长形貌, 而且能对铝基四元合金系凝固的微观偏 析进行定量预测.     

La对镁/铝液固扩散连接界面组织及性能的影响

利用压铸工艺将液态镁和固态铝液.固复合是一种镁/铝异种材料焊接的新工艺。镁/铝异种活性金属液.固连接的难点首先是固态铝合金属表面存在一层氧化膜,阻碍镁/铝异种活性金属之间形成冶金结合,其次是镁/铝液固复合过程中无法避免地形成大量的金属间化合物,这些脆性相极大地破坏了界面的力学性能。对铝合金表面进行氧化膜去除工艺,并在此基础上,利用自制的液固双金属复合装置将液态镁镧中间合金与经过表面处理的固态铝合金进行液固复合。研究镁合金中的稀土La对镁铝液固扩散连接界面组织及性能的影响。结果表明:镁合金中加入稀土La后,镁铝扩散连接界面处的βMg变少、变细,铸态晶粒细化;大部分La与Al结合生成高熔点、高热稳定性的稀土相Al相;当镁合金中含有1%(质量分数)稀土La时,界面可达到最大的抗剪强度88.5MPa。     

DESIGN AND PREPARATION OF IN SITU Pb-RICH PARTICLES/Al BASE METALLIC GLASS MATRIX COMPOSITE

在Al--Pb二元难混溶合金的基础上添加其它的合金元素Ni, Y和Co, 优化设计了新的 Al_82.87Pb_2.5Ni_4.88Y_7.8Co_1.95多元难混溶合金. 开展了该多元难混溶合金的快速凝固实验, 对制备的薄带样品进行了结构表征、热稳定性分析以及显微组织形成的研究. 结果表明, 合金熔体在快速冷却过程中发生了液-液相分离, 生成富Al和富Pb两液相; 随后, 富Al基体液相发生玻璃转变, 形成铝基非晶合金基体, 而富 Pb液相凝固结晶后以球形晶态粒子形式均匀分布于铝基非晶基体中. 研究表明, 利用难混溶合金液-液相变原理, 通过快速凝固技术可以设计和制备原位球晶粒子/非晶合金基复合材料.     

由实验相图和数值模型对Al-1.5Cu-3Zn合金凝固路径的预测

使用DTA和LMC定向凝固淬火技术分别确定了Al-Cu-Zn合金富铝角的液相面和固／液界面溶质分凝因数。基于一维平板模型的枝晶几何形状描述，使用数值模型计算了Al-1．5Cu-3Zn合金凝固过程中的液相浓度和平衡温度。发现在平衡凝固条件下，液相在α相区内结束凝固，Scheil非平衡凝固条件下的凝固过程在单变量线上结束，样品中初生晶相的含量为97．4％，非平衡共晶含量为2．6％；同时分析了液相混合条件对凝固路径的影响。     

铸造Al-7Si-2.5Cu-0.5Mg合金的固溶处理温度研究

通过相图计算、示差热(DSC)分析,结合显微组织观察方法对Al-7Si-2.5Cu-0.5Mg合金的固溶处理温度进行了研究。结果表明:非平衡凝固Al-7Si-2.5Cu-0.5Mg合金在505℃左右发生共晶组织转变,而平衡凝固合金在520℃附近发生共晶转变;500℃、3h的初始固溶处理可使铸态合金中的低熔点共晶物完全溶入铝基体,此时合金的熔点为540℃。     

高温合金电磁成形定向凝固柱状晶组织及形成条件

研究高温合金电磁成形定向凝固柱状晶组织及其形成条件的结果表明,①电磁成形中熔体下固/液界面处温度场近一维分布,获得了柱状晶组织;②电磁成形高温合金样件具有间断迹象的定向胞晶组织;③给定其他条件后,电磁成形过程中不同形状、尺寸的样件熔体平直固液界面开始出现下凹的临界凝固速率具有不同的特定值。在相同凝固速率条件下,大尺寸样件的固液界面更容易出现下凹。     

Cu-Cr合金初始凝固界面形态对组织形成的影响

依据定向凝固初始过渡区的溶质分布,探讨了Cu-1.0wt%Cr合金凝固界面形态对组织形成的影响.研究表明:亚共晶Cu-1.0wt%Cr合金初始非稳态定向凝固过程经历了平面状初生α相、完全(α+β)共晶组织以及枝晶状α相和共晶的混合组织的三个演变阶段.随着凝固速度的增加,初始过渡区内单相α的凝固长度减小;初始凝固平界面易在初始过渡区的单相α生长阶段发生失稳,并导致完全(α+β)共晶组织的凝固过程不会发生.理论分析得到的初始过渡区平界面失稳及组织演变的规律,与实验结果相吻合.     

退火对冷轧Cu-Ag合金组织及性能的影响

采用扫描电镜、透射电镜、拉伸试验机和热电性能分析系统等研究了退火对Cu-24%Ag合金显微组织、力学性能以及电学性能的影响,通过构建电子界面散射模型对合金导电机制进行了研究。结果表明,通过退火对Cu-24%Ag合金的显微组织进行了有效调控,改善了其综合性能。与冷轧态相比,合金经350 ℃退火1 h后,抗拉强度下降至冷轧态的95%,合金导电率提升了4%IACS。经450 ℃退火1 h,由于Ag纤维的溶解,合金的抗拉强度显著下降,只有冷轧态的一半左右;Ag纤维的溶解降低了电子的散射几率,使得导电率大幅度提升。因此,合金在350 ℃退火1 h后综合性能最佳,其抗拉强度和导电率分别为622 MPa和81%IACS。     

Wetting Characteristics of Novel-type 63Sn-29.2Pb-6Zn-1Ag-0.38Cu-0.42Bi Solder Alloy

6061 aluminum alloy has many advantages, and soldering is the most attractive joining method for 6061 aluminum alloy. In order to expand application of 6061 aluminum alloy, a novel 63Sn-29.2Pb-6Zn-1Ag-0.38Cu-0.42Bi solder alloy was prepared. The melting characteristic and microstructure of the solder were analyzed by differential scanning calorimetry and scanning electron microscope. Its spreading on the 6061 aluminum alloy was also studied. The results show that its melting temperature range is 456.34-463.68 K, and the temperature interval between the solidus and the liquidus is 6.34 K. The solder on 6061 aluminum alloy had better wetting characteristics. A precursor film appears ahead of the spreading droplet. The microstructure at the interface between the solder and the 6061 aluminum alloy was analyzed. It was clear that the intermetallic compound, Ag₂Al phase, was formed at the interface between the solder and the 6061 aluminum alloy.     

铌在铀熔体中的溶解扩散行为研究

铀铌合金具有优异的抗腐蚀性能和良好的综合力学性能,是核工程中重要的结构与功能材料。通过直接真空感应熔炼的方式实现铀铌合金的合金化,可大幅度提高铀铌合金的生产效率。然而,铀铌合金的真空感应熔炼合金化过程易出现合金化不充分的现象,该问题主要与固态铌在铀熔体中的溶解扩散过程有关。为了提高对固态铌在铀熔体中的溶解扩散的认识,精确优化铀铌合金的真空感应熔炼工艺,提升铀铌合金材料质量,本文对固态铌在铀熔体中的溶解扩散行为进行了研究。通过溶解扩散实验获得铌在铀熔体中的溶解速率v与熔体温度T存在v=0.3651exp(-21150[K]/T)[m/s]关系;对U/Nb溶解扩散界面进行了表征,结果显示铌溶解于铀熔体的过程中,U/Nb溶解扩散界面形成了与固态Nb存在位向关系的片状结构;对比有无电磁搅拌情况下铌在铀熔体中的溶解行为及U/Nb界面结构,结果表明电磁搅拌提高了铌在铀中的溶解速率并改变了U/Nb界面的片状结构。     

焊丝成分对铝/铜激光熔钎焊接头组织和性能的影响

通过添加Zn-Al焊丝成功实现了2A16铝合金/T2铜异种材料的激光熔钎焊连接,并采用扫描电子显微镜和能谱仪对接头的微观组织进行表征,同时,研究了Zn-2％Al,Zn-5％Al和Zn-10％Al?3种焊丝对接头成形、微观组织以及力学性能的影响.结果表明,铝/铜激光熔钎焊接头主要由CuZn相,Al2Cu相,Al4Cu9相...     

触变挤压铜合金力学性能研究

采用触变挤压工艺成形ZCuSn10P1铜合金轴套零件,通过单向拉伸实验和硬度实验研究了触变挤压铜合金的抗拉强度、延伸率、布氏硬度和显微硬度,利用扫描电镜观测了断口形貌并分析了断裂方式,分析了成形比压对触变挤压铜合金力学性能的影响规律。结果表明,抗拉强度随成形比压增加而先增加后降低。延伸率随成形比压增加而不断减小。成形比压与抗拉强度和延伸率的函数关系分别为抛物线和幂指数。触变挤压铜合金拉伸断裂方式为沿晶断裂和韧性断裂的混合型断裂。布氏硬度随成形比压增加而先增加后降低。相同工艺条件时,液相显微硬度值最高,固液界面次之,固相最低。固相、固液界面和液相的显微硬度均随成形比压增加而先增加后降低。触变挤压铜合金综合力学性能要高于常规铸造,较佳工艺参数为成形比压250 MPa、挤压速率15 mm/s,其抗拉强度、延伸率和布氏硬度分别为387 MPa、2.8%、128 HBW。     

气隙热阻对水平连铸Cu-15Ni-8Sn合金组织和成分分布影响

通过在结晶器底部开设圆弧槽形成气隙热阻来改善水平连铸Cu-15Ni-8Sn合金的组织和成分均匀性。首先基于合金水平连续铸造过程的温度场模拟,分析了不同圆弧槽角度、长度和厚度的结晶器结构对合金结晶区温度分布的影响。然后基于优化了圆弧槽结构的结晶器和未开设圆弧槽的结晶器,进行了直径为65mm铸锭的水平连铸工艺试验。结果表明,随着开设圆弧槽的角度、长度及厚度的增加,上部与下部固液界面的相对水平距离缩小,固液界面与棒坯轴向夹角趋于90°,凝固过程中棒坯的温度场均匀性明显提高。相比于不开设圆弧槽的棒坯,当开槽角度为180°、开槽长度为144mm、开槽厚度为5mm时,上部与下部固液界面的相对水平距离仅为未开槽时的7%。由于温度场分布更合理,棒坯上部和下部的组织和成分均匀性得到显著改善。     

Zr对电磁连续铸造Al-4.0Cu-1.4Mg-0.5Mn 合金铸态组织与力学性能的影响

采用金相、硬度测量、拉伸试验、扫描电镜,XRD等测试手段,研究了Zr对电磁连续铸造Al-4.0Cu-1.4Mg-0.5Mn系高强铝合金铸态下显微组织和力学性能的影响。结果表明,添加微量Zr可明显细化合金铸态组织,且可显著提高合金力学性能,其作用机理主要为Al3Zr造成的细晶强化和弥散强化作用;含Zr的合金在室温下比不含Zr的合金宏观硬度提高3.91%,抗拉强度提高3.90%,屈服强度提高4.82%,伸长率提高48.66%;合金的断裂方式均属韧性断裂,但韧窝分布不均匀,在韧窝中心及边缘处都有第二相。     

定向凝固Cu-1.0%Cr合金中带状组织及其形成机制

在温度梯度为200 K/cm和凝固速率为2-10μm/s下, Cu-1.0%Cr亚共晶合金的凝固组织中分别存在单相平界面和共晶、单相平界面和胞晶及胞间共晶、单相胞晶和共晶3种带状组织.从实验和理论两方面阐明了上述带状组织的产生与合金定向凝固界面前沿的溶质分布有关;形成的原因是合金未达到稳态凝固,凝固速率和合金成分一直处于变化之中.另外,单相平界面和共晶的带状组织中,合金凝固速率在单相平界面凝固中随着界面液相成分的增加而逐渐增大,而在共晶组织中随着界面前沿液相成分的减少而逐渐减小.     

91W-6Ni-3Fe难熔合金、TiAl合金和铁基合金在熔铝中的耐腐蚀行为(英文)

采用静态浸没腐蚀试验研究91W-6Ni-3Fe难熔合金(91W)、TiAl金属间化合物和两种常用铁基合金(QT700和H13 钢)在750℃铝液当中的腐蚀性能。通过3D光学显微镜、SEM、EDS 和XRD研究样品的表面形貌,腐蚀界面和相组成。结果表明:91W具有最好的耐铝液腐蚀性能,QT700次之,H13再次之,TiAl合金的耐铝液腐蚀性能最差。四种金属材料的腐蚀失重均符合抛物线规律,材料在经过一开始的加速腐蚀阶段后,腐蚀速率趋于稳定。材料在铝液当中溶解遵循扩散-反应机制,91W材料在铝液当中的腐蚀主要由扩散这一速控步骤所决定,而TiAl合金的腐蚀性能差主要是由于TiAl-(TiAl3)-Al扩散偶反应具有较低的激活能。     

预回复对Al-11.5Zn-3.5Mg-2.3Cu-0.24Zr挤压材固溶-T652组织与性能的影响

采用硬度与电导率测试、拉伸试验、晶间腐蚀和剥落腐蚀试验并借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)等方法,研究了预回复退火对Al-11.5Zn-3.5Mg-2.3Cu-0.24Zr铝合金挤压材固溶-T652处理组织与性能的影响。结果表明:与未经预回复退火相比,预回复退火可有效抑制合金的再结晶,细化晶粒尺寸,降低平均晶界角度,显著提高低角度晶界百分比;预回复退火能够保持同等抗拉强度的情况下,提高该合金的屈服强度和抗腐蚀性能;位错强化和低角度晶界强化是合金屈服强度提高的主要因素。