定向凝固Cu-Cr自生复合材料的微观组织演变

为了研究定向凝固Cu-Cr自生复合材料的微观组织构成及其在不同凝固速度条件下的组织演变,在高梯度定向凝固装置上制备了Cu-1.0%Cr、Cu-1.7%Cr(质量分数)两种成分的Cu基自生复合材料,采用金相显微镜、扫描电镜以及能谱分析进行了微观组织观察和相的成分分析.研究表明:Cu-1.0%Cr亚共晶合金定向凝固组织为初生α相和棒状(或针状)共晶体(α β)的混合组织;Cu-1.7%Cr过共晶合金为α相、初生β相和共晶(α β)的混合组织;随着凝固速度的提高,α相一次胞(枝)晶逐渐细化,晶间距逐渐减小;共晶体(α β)分布在α相胞(枝)晶间,起到强化基体的作用;初生β相呈颗粒状不均匀地分布在α相基体上.     

定向凝固超高强度NiTi基自生复合材料

在NiTi合金中添加少量Al、Nb、Hf强化元素, 采用定向凝固原位自生法制备了一种NiTi基自生复合材料, 并在950 ℃对定向凝固棒分别进行了12 h、50 h及100 h的均匀化热处理, 对热处理后的试样进行了室温抗拉强度测试。结果表明, 定向凝固组织为沿[001]方向生长的细小的棒状胞晶组织, β-Nb相和Ti₂Ni相增强体颗粒沿NiTi胞晶间的[001]方向排列。随热处理时间的延长, 胞晶尺寸逐渐粗化, 两增强相粒子分布更加弥散均匀。热处理后NiTi基自生复合材料的最大抗拉强度达到1972 MPa, 超过了4130和8640超高强度钢, 与4140和4340超高强度钢的强度基本相当, 达到或超过了多种国内外现役的超高强度钛合金。     

Cu-Cr合金初生相对共晶生长的影响机制研究

制备了定向凝固Cu-1.0%Cr亚共晶自生复合材料,研究了初生α相生长对共晶生长的影响机制,探讨了亚共晶合金中共晶的生长规律.研究结果表明,Cu-1.0%Cr合金定向凝固时,在初生α相间生长的共晶受到初生相生长的影响,在热场不定向和生长空间受限的双重作用下,共晶无定向地杂乱生长.初生α相的生长引起枝晶间液相溶质分布的变化,随着凝固速度的增大,初生α枝晶间液相溶质的浓度分布趋于平缓,成分趋近于CE.Cu-1.0%Cr合金在快速凝固条件下,初生α相生长改变了共晶的生长环境,致使形成非平衡凝固组织--离异共晶.     

凝固速度对奥氏体不锈钢定向凝固组织及其固液界面稳定性的影响

本文研究了凝固速率对1Cr18Ni9Ti不锈钢定向凝固组织及其固液界面稳定性转变规律的影响.结果表明,在某特一定的温度梯度下,随着凝固速度的增加,定向凝固的固液界面由平面转变为胞状晶,再转变为树枝晶.研究发现,随着凝固速率的增大,定向凝固组织枝晶形貌逐渐细化,枝晶间距减小.     

定向凝固超细柱晶组织及其形成条件

本文通过对凝固材料的组织、性能与凝固参数的依存关系的分析,提出了定向凝固超细柱晶组织的概念,并利用最新研制的ZMLMC超高梯度定向凝固装置获得了Ni-5(wt)％Cu合金和钴基高温合金K10的定向凝固超细柱晶组织。     

Al_2O_3颗粒与 Al 合金固液界面的相互作用

本文采用定向凝固技术探讨了 Al_2O_3颗粒/Al-2.0Mg-4.5Cu 合金复合材料在凝固过程中颗粒与生长着的固液界面的相互作用,得出了胞晶或胞状树枝晶生长条件下颗粒的分布规律、机制以及 Al_2O_3颗粒在试样中的分布与氢、铈之间的联系。但未发现铈对颗粒主要沿晶界分布产生显著影响。     

强磁场下Zn-2 wt.%Cu合金定向凝固的初步研究

本文进行了10T强磁场下Zn-2wt.%Cu合金的定向凝固的初步研究.结果发现下拉速度较低时,无磁场时晶体以平界面方式生长,而施加磁场则产生带状组织,并且随着磁场的增加带状组织越来越明显,带状组织间距越来越小;当定向凝固速度较高,晶体以枝晶方式生长时,磁场促进枝晶的分枝,并扰乱枝晶规则生长;随定向凝固速度提高,磁场的作用逐渐减弱.     

强脉冲磁场中Al-Cu共晶定向凝固组织的演变

脉冲磁场作用于Al Cu共晶凝固的界面,研究了定向凝固组织的演变.随着脉冲磁场强度的提高,Al-Cu共晶定向凝固组织经历了由规则柱晶到破碎枝晶、粗化枝晶到重新规则化柱晶三个演化阶段;在重新规则化柱晶试样中,共晶片层间距减小,晶团间富铜相析出明显.将感生电势场与溶质扩散场相耦合,分析了脉冲磁场对凝固界面稳定性的影响,发现强脉冲磁场在金属熔体引起感生电势场效应,在凝固界面前沿诱发具有振荡特征的电致迁移,从而促进晶间扩散和减小成分过冷区域.     

不同定向凝固速率下Cu-2.5％Cr合金中带状组织的形成机理

利用OM、SEM和EDS研究了定向凝固速度对Cu-2. 5%Cr合金中带状组织形貌和成分偏析的影响,并对不同形态的带状组织的形成机制进行了分析。结果表明:在5～50μm/s的定向凝固速率下,Cu-2. 5%Cr合金会产生平界面与共晶、胞状组织与共晶、柱状树枝晶与共晶三种不同形态的带状组织。这是由于凝固速率达到了平/胞转换临界速率以及胞/枝转换临界速率。带状组织的形成伴随着大量的溶质扩散与偏析,随着定向凝固速率的增大,带状组织中成分偏析增大,且带状组织愈加清晰。     

定向凝固TWIP钢的微观组织及力学行为

利用液态金属冷却定向凝固技术,获得了柱晶TWIP钢试样,并对比研究了传统等轴晶与柱晶TWIP组织特征、基本力学行为及应变率敏感性。结果表明,定向凝固TWIP试样随着抽拉速率的减小枝晶间距增加,晶粒形貌简化。与传统试样相比,定向凝固试样沿着柱状晶纵向的综合力学性能明显提高,其中抽拉速率为120μm/s试样断裂延伸率及强塑积分别提高了30%及22.8%,两者的延伸率及强塑积随着应变率的增加均有所降低,而后者对应变率变化敏感性更低,意味着材料在遭受高速碰撞或冲击时,定向凝固试样仍能保持较高的能量吸收特性。     

氧化铝／锌合金复合材料的凝固组织及其共晶转变模式

研究了氧化铝／锌合金复合材料的凝固组织及其共晶转变模式,结果表明,在复合材料中纤维与基体间存在致密界面层;合金元素通过适当的化学反应可改善纤维与基体间的结合;在凝固过程中,纤维／基体界面上的硅在共晶本的共生生长过程中起领先相作用,导致复合材料的共晶转变是由铝硅共晶转变和锌铝共晶转变两者组成。     

碳纤维增强Al-4.5Cu复合材料的凝固组织、偏析及性能的研究

铸造金属基复合材料的凝固决定着材料的机械性能.本文中研究了凝固冷却速率对CF/Al-4.5Cu复合材料的显微组织、偏析及机械性能的影响.实验结果表明,挤压铸造CF/Al-4.5Cu复合材料凝固过程中,α-Al相首先在纤维间隙中开始形核,并逐渐向纤维表面生长,而共晶θ-Al₂Cu相依附CF表面形核并长大.随着凝固冷却速率的降低,θ相的形态从块状转变为颗粒状,析出量逐渐减少,Cu元素显微偏析逐渐降低,复合材料的抗弯强度逐渐提高.另外,CF/Al-4.5Cu复合材料由于其强的界面结合力,其断裂特征为脆性断裂,断口形貌表现为平切型.     

短纤维增强铝铜二元合金复合材料凝固偏析的数值模拟

根据凝固过程中的守恒原理,建立了铝基复合材料凝固过程的数学模型.根据所建立的模型对氧化铝短纤维增强铝铜二元合金复合材料进行数值模拟,模拟结果表明:氧化铝短纤维周围有低熔点物质及溶质富集;随冷却速度增大,复合材料基体偏析加剧;随复合材料中纤维体积分数增大,基体中偏析减小.     

Microstructure and Eutectic Transformation of Squeeze Casting Alumina／Zinc Alloy Composites

Alumina fiber-reinforced zinc alloy composites were manufactured by squeeze casting, and the eutectic transformation in the zinc alloy composites was studied. The results indicate that there is a fine and close interface between the fiber and the matrix,and the alloy elements can improve the combination between the fibers and the matrix in the composites. The fibers can serve as the sites of heterogeneous nucleation of the eutectic in the zinc alloy during the solidification of the composites, and the silicon on the interface between the fibers and the matrix plays a leading role during the coupled growth of the eutectic so that the eutectic transformation of the composites consists of Al-Si eutectic transformation and Zn-Al eutectic transformation.     

Local investigation of the emissive properties of LaB<Subscript>6</Subscript>–ZrB<Subscript>2</Subscript> eutectics

LaB₆–ZrB₂ composites obtained by directional solidification at eutectic composition have been investigated by low-energy electron microscopy (LEEM) and thermal emission electron microscopy (ThEEM). The transitions from the mirror electron microscopy mode to the LEEM mode for the hexa- and diborides indicate lower work functions of the two phases when embedded in the composite compared to the corresponding single phases. In the composite, the work function of the ZrB₂ fibers is similar to that of the matrix and ThEEM images display a brighter contrast for the fibers. This is explained by the thermally activated diffusion of La on the fiber surface.     

Microstructure of In-Situ composites

In this paper, the results of several years of research work by the authors on the microstructure of In-Situ composites are reviewed. Alloy systems investigated are the fibrous Al? Ni and cobalt-base superalloy Co? Cr? C, and the lamellar Al? Cu and Co? W. The effect of solidification variables and off-eutectic compositions on the micro-structure of Al? Ni Co? W and Al? Cu systems was studied. The influence of heat flow direction on the microstructure of Al? Ni was examined. Post solidification isothermal annealing was performed for Al? Cu and Co? Cr? C alloy and thermal cycling regimes were imposed on the Co? Cr? C alloy and the microstructure variations were examined. Computer simulation of directional, solidification to study the heat flow pattern in the metal and mould was also performed. It was found that low growth rates, high temperature gradients, eutectic composition and pure materials favor a planar solidification front and an aligned structure. Increasing the growth rate resulted in finer structures. The thermal stability of In-Situ composites was found to be reasonably good due to the strong interfacial bond between matrix and reinforcement in this class of composites.     

Nb基超高温合金制备及定向凝固用坩埚的选择

目前Nb基超高温合金的制备主要是通过多次电孤熔炼得到成分均匀的铸锭.其定向凝固或者是在水冷铜坩埚内采用Czochralski技术进行,或者是采用不需要坩埚的悬浮区熔法实现,但这两种方法都不能得到较高的温度梯度.为了获得更好的定向凝固组织,需要在超高温超高真空定向凝固设备上进行有坩埚的整体定向凝固.结合国内外共晶自生复合材料常用的制备技术,提出了适用于铌基超高温合金整体定向凝固技术的坩埚材料及其涂层技术.     

SiCP和短碳纤维混杂增强ZA27复合材料界面微结构研究

通过TEM对SiC_P和短碳纤维混杂增强ZA27复合材料界面特性和微观结构观察,发现SiC_P与基体之间的界面部分区域有不连续的界面析出产物.碳纤维与基体之间的界面结合较好,同样部分区域有不连续的界面析出产物.这些析出相均为铜锌铝相.此外,碳纤维与基体界面之间部分区域存在一层碳黑,这是因为碳纤维脱胶不完全引起的.此外,增强体微区分布不均匀,主要偏聚在ZA27合金最后凝固部位.     

电热载荷对碳纤维复丝拉伸性能的影响

由于复合材料具有组成多元、各向异性等特点,电热载荷作用下碳纤维复合材料内部的响应行为十分复杂。为了研究碳纤维复合材料的电热响应,首先采用自制电热损伤试验平台,测试了不同电流强度下碳纤维复丝试样的表面温度分布,获得了碳纤维复丝电阻随温度的变化规律,初步揭示了碳纤维复丝具有温敏效应。然后,考察了不同电流处理条件下碳纤维复丝拉伸强度、断裂伸长率和拉伸模量的变化规律,并运用SEM和FTIR对电流处理前后材料的形貌和微观结构变化进行了分析。研究结果表明:纤维在通电过程中的产热效应促进了基体的进一步固化,同时提高了复丝界面的粘结性能;然而,当电流强度过大时,复丝的拉伸强度会因纤维本体的损伤或基体及界面层的烧蚀破坏而降低,从而降低了碳纤维复合材料的性能。