Ti-Al合金定向凝固柱状/等轴晶转变的数值模拟

采用基于溶质扩散控制模型CA方法,对Ti-Al合金定向凝固过程中柱状晶/等轴晶转变过程进行了数值模拟。模拟结果表明,温度梯度、抽拉速度对柱状晶/等轴晶转变影响定性地符合Hunt解析解。横向晶核间距影响比纵向大;形核过冷度增加,柱状晶/等轴晶转变推迟;柱状晶间距不仅与温度梯度、抽拉速度有关,而且可通过激活预置晶核使其生长为柱状晶而得以调整,特别是温度梯度在30～50K/mm之间,形核有较强的调节柱状晶间距的作用。     

脉冲电场对Al-5.6%Cu合金柱状晶间距的影响

运用定向凝固方法,在凝固过程中将脉冲电场平行地作用于Al-5.6%Cu合金柱状晶的生长方向上,考察了不同脉冲电场电压及冷却速度对柱状晶间距的影响.试验结果表明:随着脉冲电场电压的升高,柱状晶间距呈直线上升的趋势;冷速越大,不同脉冲电场时的柱状晶间距与原始状态下柱状晶间距差值的变化幅度越大,即脉冲电场作用效果对冷速的响应越明显.     

Ti-Al合金定向凝固过程中胞/枝晶间距选择的计算机模拟

利用溶质扩散控制模型对Ti-Al合金定向凝固初始阶段变速冷却过程中胞/枝晶转变过程进行了数值模拟。在给定的冷却速率下,枝晶臂间距大于胞晶臂间距,而在过渡区,枝晶间距达到最大。另外,模拟结果也显示,晶核数量对柱状晶间距产生影响,随着植入晶核数量的增加,柱状晶间距非均匀化程度明显减小。出现过渡区的原因与枝晶生长所引起固/液界面前沿成分波动有关。模拟与试验结果吻合较好。     

Numerical simulaton of cellular/dendritic transition and its growth during unidirectional solidificationin of Ti–Al alloy

采用基于溶质扩散控制模型CA方法对Ti44Al合金定向凝固初始阶段变速冷却过程中胞/枝晶转变过程进行了数值模拟.模拟结果表明,在胞/枝转变过程中,存在胞-枝混合生长区,在一些胞晶相邻面无二次枝晶生长.在给定的冷却速率下,枝晶臂间距大于胞晶臂间距;而在过渡区,枝晶间距达到最大.另外,晶核数量对柱状晶间距产生影响,随着植入晶核数量的增加,柱状晶间距非均匀化程度明显减小.出现过渡区的原因与枝晶生长所引起固/液界面前沿成分波动有关.模拟与实验结果吻合较好.     

定向凝固过程中NH_4Cl-H_2O枝晶生长的数值模拟

建立了一种改进的元胞自动机模型(MCA),通过考虑成分过冷、曲率过冷、择优取向系数、温度梯度和抽拉速度等因素,模拟了不同温度梯度方向、不同择优取向及不同抽拉速度对柱状晶形态的影响.模拟结果较好地刻画了温度梯度和生长方向夹角的变化对一次枝晶臂间距的影响,不同择优生长取向的柱状晶竞争生长过程以及柱状晶尖端分叉机制.为了验证模型的可靠性,使用NH_4Cl-H_2O透明合金进行了定向凝固实验,实验结果和模拟结果吻合较好.     

透明合金定向凝固过程中枝晶生长的仿真分析

以NH4CI-74%H2O透明合金为研究对象,建立了定向凝固微观组织的CA模型,通过实验和计算机仿真模拟方法,研究了温度梯度方向对柱状晶一次臂间距的影响以及透明合金柱状晶竞争生长问题。研究表明,铸件的最终微观组织形态对其力学性能有着较大的影响。     

浇注温度对双辊薄带凝固组织影响的模拟预测

在已建立的理论数学模型的基础上，以1Cr18Ni9Ti不锈钢为研究对象，模拟预测了在薄带厚度保持不变条件下浇注温度对薄带凝固组织中柱状晶区比例、柱状枝晶间距和取向度的影响规律。结果表明：随着浇注温度升高，1Cr18Ni9Ti不锈钢双辊薄带凝固组织中柱状晶区比例首先增大，然后又逐渐减小。而柱状枝晶取向度和枝晶间距则随着浇注温度的升高而减小，但在较高的浇注温度条件下，柱状枝晶问距在凝固结束时有突然增大的趋势。     

三维枝晶生长数值模拟及实验验证(英文)

建立了用于模拟立方晶系合金三维枝晶生长的改进元胞自动机模型。该模型将枝晶尖端生长速率、界面曲率和界面能各向异性的二维方程扩展到三维直角坐标系,从而能够描述三维枝晶生长形貌演化。应用本模型模拟在确定温度梯度和抽拉速度条件下三维柱状晶生长过程的一次臂间距调整机制和不同择优取向柱状晶之间的竞争生长。使用NH4Cl?H2O透明合金进行凝固实验,模拟结果和实验结果吻合较好。     

AZ31B镁合金凝固组织对室温力学性能的影响

采用铸锭底部喷水、侧面加热炉保温的方法制备了AZ31B镁合金铸锭。通过改变熔体过热温度来调整凝固组织,研究了凝固组织中晶粒大小以及形态对合金室温力学性能的影响。结果表明,采用这种方法制备的AZ31B镁合金铸锭,底部是柱状晶,其余为等轴晶。铸锭组织致密,无缩孔、缩松缺陷。当熔体过热温度由720℃提高到900℃时,铸锭底部柱状晶的长度由35mm减小到15mm,柱状晶间距由0.7mm减小到0.2mm;在距铸锭底部130mm处,等轴晶枝晶由0.8mm减小到0.1mm。减小等轴晶枝晶尺寸,可以提高试样的室温抗拉强度和塑性。垂直于柱状晶轴向进行拉伸时,试样的抗拉强度和伸长率与等轴晶相比明显下降。减小柱状晶间距,可以提高镁合金的室温压缩性能;当柱状晶间距相同时,垂直于柱状晶轴向进行压缩比平行于柱状晶轴向进行压缩的性能好。     

基于数学模型Al-2%Cu二元合金液相扩散系数的推导

通过对Miedema和Eyring模型加以改进,提出了新的理论模型。计算了二元合金在凝固过程中的液相扩散系数,分析了其对合金微观组织的影响。结果表明,无论是柱状晶比例还是两种晶粒大小,采用修正的液相扩散系数得到的微观组织模拟结果与实验结果均相差不大。     

Relationship between columnar crystal spacing and electric current density in unidirectional solidification of monophase Cu-Al alloy

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｅｆｆｅｃｔｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔｏｎｔｈｅｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ,ｉｔｈａｓｂｅｅｎｆｏｕｎｄｔｈａｔｄｕｒｉｎｇｔｈｅｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ,ｗｈｅ     

Mechanism of reduction of columnar dendrite spacing in unidirectional solidification caused by electric current passing through solid-liquid interface

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＣｈｏｉｅｔａｌ[1]ｎｏｔｅｄｔｈａｔｉｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｓｌａｇｒｅｍｅｌｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ,ｔｈｅｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｉｎｅｓｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔｄｅｎｓｉｔｙ .ＧＵｅｔａｌ[2 ]ｆｏｕｎｄｔｈａｔｉｎｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｏｆｄｉｒｅｃｔｃｕｒｒｅｎｔｐａｓｓｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅＳ Ｌｉｎｔｅｒｆａｃｅ,ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔｄｅｎｓｉｔｙｗｏｕｌｄｒｅ…     

高密度脉冲电流对纯铝凝固组织的影响及其内在机理研究

研究了高密度脉冲电流作用下纯铝凝固组织的变化,考察了不同放电电压和放电电容对纯铝晶粒尺寸的影响.从高能量密度脉冲电流对纯铝结晶的形核率、过冷度和热效应三个方面的影响.对高能量密度脉冲电流细化晶粒的机理做了深入分析.结果表明:高密度脉冲电流可以显著地细化纯铝的凝固组织.随着放电能量的提高,纯铝的晶粒尺寸有大幅度的减小,可以获得均匀细小的等轴晶;但是当放电能量达到270J后,晶粒随放电能量的升高反而变粗,生成大量的粗大的柱状晶.     

脉冲电流对Al-4.5Cu合金定向凝固组织的影响

研究了脉冲电流对Al-4．5Cu合金定向凝固过程及组织的影响。结果表明，随着脉冲电流峰值和频率的增大，Al—4．5Cu合金柱状晶被熔断，形态由细条状变为不连续，失去其定向凝固的取向性；且柱状晶间距随电流峰值和频率的增大而减小。由脉冲电流的引入而产生的脉冲磁压力及焦耳热效应在固液界面处造成的强烈扰动是定向凝固组织失去取向性的主要原因。     

铸造速度对双辊薄带凝固组织影响的模拟预测

利用已建立的理论数学模型,以1Cr18Ni9Ti不锈钢为研究对象,模拟预测了在薄带厚度保持不变条件下铸造速度对薄带凝固组织中柱状晶区比例、柱状枝晶间距和取向度的影响规律.结果表明:随着铸造速度增大,1Cr18Ni9Ti不锈钢双辊薄带凝固组织中柱状晶区比例首先增大,然后又逐渐减小.而柱状枝晶取向度和枝晶间距则随着铸造速度的增大而减小,但在较快的铸造速度条件下,柱状枝晶间距在凝固结束时有突然增大的趋势.     

电场强度对Ti纳米晶薄膜生长模式及性能的影响

采用强脉冲电场条件下物理气相沉积的方法,通过大幅提高脉冲峰值电流的方式,获得晶粒尺寸细小的Ti纳米晶薄膜,并依次对薄膜的生长模式及相关性能进行了对比研究。结果表明:较大的峰值电流可以获得晶粒尺寸细小的Ti纳米晶薄膜,但峰值电流的增大不能改变薄膜内晶体以Ti(100)晶面择优生长。薄膜的表面生长形貌表现为随峰值电流的增大,颗粒间隙大幅降低、粒子团聚尺寸增大、整体呈现圆球状紧密生长的结构。截面生长形貌表现为随峰值电流的增大逐渐由纤维状向柱状形貌过渡,并有效降低薄膜的内部缺陷,致密度显著提高。力学性能表现为随峰值电流的增大,薄膜的硬度、模量都呈现出先增大后减小的变化趋势,且当峰值电流增大到30~45 A之间时,Ti薄膜的硬度与模量存在最大值。     

电流对A1-4．5％Cu合金定向凝固枝晶间距的影响

对A1-4．5％Cu合金凝固的一次枝晶间距计算公式进行了讨论，并结合定向凝固条件，研究各种条件参数对计算结果的具体影响。结果表明：只有当电流在一定的范围（即J＞J1）取值时，一次枝晶间距才随着电流的增大而减小，否则随电流的增加而增大．此外，如果计算中考虑Thomson效应，电流对枝晶间距的影响规律并没有改变，只是相应电流的取值范围变窄了（即J1减小）。     

Microstructure and crystal growth direction of Al-Mg alloy

The microstructures and crystal growth directions of permanent mould casting and directionally solidified Al-Mg alloys with different Mg contents have been investigated. The results indicate that the effect of Mg content on microstructure is basically same for the alloys prepared by these two methods. The primary grains change from cellular crystals to developed columnar dendrites, and then to equiaxed dendrites as the Mg content is increased. Simultaneously, both the cellular or columnar grain region and the primary trunk spacing decrease. All of these changes are mainly attributed to the constitutional supercooling resulting from Mg element. Comparatively, the cellular or columnar crystals of the directionally solidified alloys are straighter and more parallel than those of the permanent mould casting alloys. These have straight or wavy grain boundaries, one of the most important microstructure characteristics of feathery grains. However, the transverse microstructure and growth direction reveal that they do not belong to feathery grains. The Mg seemingly can affect the crystal growth direction, but does not result in the formation of feathery grains under the conditions employed in the study.