Sn-15%Pb合金电脉冲孕育处理效果时间相关性研究

采用Sn-15%Pb合金作为实验材料,在保持熔体过热90℃的条件下,对其进行不同时间的电脉冲孕育处理.利用金相组织观察和热分析等手段来评价电脉冲孕育处理对合金凝固组织和凝固过程的影响.结果表明:经电脉冲孕育处理后,Sn-15%Pb合金凝固组织发生了明显的变化,凝固组织中的富Sn初生相形态从树枝晶转变为颗粒状;与凝固组织的变化相对应,合金的凝固过程也发生了明显的改变,初生相形核的最低温度有较大幅度的提高;但随着电脉冲处理时间的延长,凝固组织中粒状晶的数量总体呈现出"少-多-少-多"的周期性变化规律;与之相对应,初生相形核温度的变化也随电脉冲孕育处理时间的延长呈现出周期性.     

低过冷度下单相合金凝固组织的细化与重新长大

通过改变试样质量和冷却规范，研究了过冷Cu-30％Ni(原子分数)单相合金在不同凝固时间下的组织转变规律．在实验所选择的几秒到数分的凝固时间内，均于较低的过冷度范围和高过冷度下观察到了粗大树枝晶向细小等轴晶的转变．延长凝固时间，晶粒发生细化的两个过冷度区间扩大．对低过冷度下细化组织进行的考察表明，快速凝固刚结束时，细化晶粒仍具有树枝晶的特征，随缓凝阶段持续时间的延长，晶粒逐步蜕化为球状晶和蠕虫状晶，与此同时，晶粒度以幂函数规律重新增大．过冷熔体快速凝固使初生固相含有过饱和的低熔点组元以及较多的晶体缺陷，最终导致快速凝固结束后形成的细小晶粒在缓凝阶段的重新粗化速度明显快于正常凝固过程中晶体的粗化速度．     

脉冲电压对GCr15轴承钢凝固组织的影响

首次在实验室条件下将电脉冲处理运用于GCr15 轴承钢凝固组织的研究,通过改变脉冲电压得到了枝晶显著细化的凝固组织,在一定程度上使GCr15轴承钢的珠光体发生粗化变化.并且对电脉冲细化金属的机理进行了探讨.     

熔体温度处理细化亚共晶Al-Si合金组织

利用正交试验的方法对熔体温度处理细化亚共晶Al-Si合金的凝固组织进行了研究，结果表明，经过熔体温度处理后，凝固组织中一次枝晶尺寸明显减小，长的树枝晶变为短的树枝晶或等轴晶，并且枝晶数量明显增多；二次枝晶臂间距变化不明显，从原子团簇的角度分析认为，这是由于高，低温熔体混合后，低温熔体中大的原子团簇得到细化，从而导致混合熔体中形核质点增殖的结果，研究同时发现，高，低温熔体的混合方式对熔体温度处理效果有直接影响，熔体的均匀混合有利于增大熔体凝固过冷度，减小临界晶核半径，促进凝固组织的细化。     

深过冷Fe-30%Co合金的组织演化

采用熔融玻璃净化与循环过热相结合的方法，使原子分数Fe-30%Co合金获得了高达457K的大过冷度.系统考察了合金凝固组织随过冷度的演化规律.发现合金的凝固组织随过冷度的增大存在两次细化和一次粗化过程, 即在小过冷度范围内粗大树枝晶向粒状晶的转变和中等过冷度下局域定向枝晶的细化，而在大过冷度范围内随着亚稳枝晶核数目的增加,存在一个明显晶粒粗化的过程.     

熔体过热对Sn-Cu焊料合金凝固组织及焊接性能的影响

以Sn-5Wt%Cu无铅焊料合金为研究对象,探索了熔体过热对合金熔体结构、凝固组织和焊接性能的影响.运用四探针电阻法发现合金熔体过热至758℃附近后发生了明显的不可逆结构突变;熔体过热处理后的金相组织观察表明,该不可逆结构转变使合金凝固组织明显细化和弥散化、合金焊接接头的界面化合物层变得更薄、且界面粗糙度也得到了一定的改善.在260℃左右的铜基板铺展实验中,焊料合金的铺展面积增大了5%,润湿角减小了13%,其润湿性有较大提高.     

Pb-6％Bi合金熔体结构转变及其对凝固的影响

通过Pb-6％Bi(质量分数)合金熔体的电阻率-温度行为，揭示在第一轮升温过程于813.3～1 135.9℃温度区间内发生熔体结构状态不可逆的变化；探索熔体状态对凝固行为与组织的影响，并利用牛顿热分析法(NrA)计算凝固潜热及固相分数随时间的变化。研究结果表明：当合金熔体经历结构转变后，凝固过冷度从5.4℃增大到8.4℃，凝固潜热从5.33×107 J/m3增加到7.08×107J/m3，凝固所需时间由28 s增加到39 s，凝固组织显著细化。熔体结构变化是合金熔体中Bi-Bi共价键原子团簇分解所致，且这一过程是一个熵增的过程，新的熔体结构更加均匀无序；当温度降低时，这些团簇不会重新形成。这会使得凝固形核需要有更大的过冷度，形核率增加，晶体生长速度降低，从而致使组织细化。不同的熔体结构状态对凝固有明显的影响。     

低过冷度下单相合金凝固组织的细化与重新长大

通过改变试样质量和冷却规范,研究了过冷Cu-30％Ni(原子分数)单相合金在不同凝固时间下的组织转变规律.在实验所选择的几秒到数分的凝固时间内,均于较低的过冷度范围和高过冷度下观察到了粗大树枝晶向细小等轴晶的转变.延长凝固时间,晶粒发生细化的两个过冷度区间扩大.对低过冷度下细化组织进行的考察表明.快速凝固刚结束时,细化晶粒仍具有树枝晶的特征,随缓凝阶段持续时间的延长,晶粒逐步蜕化为球状晶和蠕虫状晶,与此同时,晶粒度以幂函数规律重新增大.过冷熔体快速凝固使初生固相含有过饱和的低熔点组元以及较多的晶体缺陷.最终导致快速凝固结束后形成的细小晶粒在缓凝阶段的重新粗化速度明显快于正常凝固过程中晶体的粗化速度.     

电磁场作用中近液相线铸造ZL201合金的组织及其机理

以ZL201合金为研究对象,采用降低浇铸温度同时施加电磁场的模铸工艺,研究了ZL201合金的凝固组织及组织细化机理.结果表明:在液相线温度附近施加电磁场,合金组织为均匀、细小非枝晶组织;随着电流增大和冷却增强,组织细小、均匀的趋势增强;低过热度浇铸时,临界晶核半径减小,此时在电磁场作用下,熔体的温度梯度降低,促进了准固相原子团簇在熔体中的形成,形核率增大,组织细小、均匀.凝固初期,由于电磁场作用使溶质分布均匀,熔体中晶核向各方向的长大速率趋于一致,晶粒以近球形长大.     

电脉冲孕育处理对Al-5%Cu-0.8%Mn合金组织及性能的影响

通过凝固组织观察、力学性能测试、断口分析等实验,研究了不同电脉冲孕育处理对Al-5%Cu-0.8%Mn合金组织和性能的影响.实验结果表明,不同电脉冲处理参数均使Al-5%Cu-0.8%Mn合金凝固组织细化,单位面积晶粒数提高2倍以上;合金力学性能较未处理试样明显改善,抗拉强度增加了21%～35%,伸长率提高1.8～2.5倍;且当脉冲电压500V、时间30s、频率3Hz时,合金的凝固组织细化效果最好,力学性能最佳.     

枝晶生长的介观尺度三维数值模拟

为预测合金介观组织的形成与演变,提出了改进的三维元胞自动机(CA)模型。该模型采用枝晶形状函数,简化描述介观区域的枝晶生长轮廓;利用基于Eu ler角的空间坐标转换,描述随机晶向的多晶粒生长;采用H ash表加速算法,耦合了溶质场计算,采用数值算法处理固液界面的溶质再分配。该模型可模拟大范围随机取向的多晶粒生长过程,并具有较高的计算效率。结果表明:不同模拟区域和网格剖分尺寸对晶粒体积的分布规律没有明显影响;较快冷却速度下,存在溶质富集和枝晶偏析。对A l4Cu合金的砂型和金属型试样的显微组织分别进行模拟,结果与实验符合较好。     

枝晶生长的介观尺度三维数值模拟

为预测合金介观组织的形成与演变,提出了改进的三维元胞自动机(CA)模型。该模型采用枝晶形状函数,简化描述介观区域的枝晶生长轮廓;利用基于Euler角的空间坐标转换,描述随机晶向的多晶粒生长;采用Hash表加速算法,耦合了溶质场计算,采用数值算法处理固液界面的溶质再分配。该模型可模拟大范围随机取向的多晶粒生长过程,并具有较高的计算效率。模拟结果表明:不同模拟区域和网格剖分尺寸对晶粒体积的分布规律没有明显影响;较快冷却速度下,存在溶质富集和枝晶偏析。对Al4Cu合金的砂型和金属型试样的显微组织分别进行模拟,结果与实验符合较好。     

电场调控下合金凝固过程枝晶形貌演变同步辐射原位成像

由于金属合金的不透明性, 研究者们无法实时捕捉到金属合金凝固过程中枝晶生长的动态行为, 也无法直接观察到电流对枝晶生长行为的动态调控过程. 采用同步辐射X 射线成像技术, 实时观察到了电流对枝晶生长形貌演变的动态调控过程. 成像结果表明, 直流电流能够显著抑制枝晶生长, 并促使枝晶尖端变平,随着电流增加, 枝晶尖端发生分裂现象, 这归因于枝晶尖端的电流拥挤以及溶质富集. 脉冲电流能够显著细化枝晶臂间距并影响其凝固进程, 主要原因是周期性的脉冲电流对液固界面产生了循环的热冲击和振荡扰动所致.     

高硅铝合金的电脉冲孕育处理与液-固相关性

以液态合金的多相结构模型为基础,对电脉冲作用下高硅铝合金熔体结构变化进行了热力学分析,并研究了电脉冲作用下Al-22%Si合金凝固组织的显微硬度以及凝固相变点的变化.实验结果表明,电脉冲促进了呈"胶体"状态存在的Si粒子在Al-22%Si合金熔体中的分解,提高了熔体的均匀程度,部分消除了来自Si原料的遗传性;电脉冲孕育处理提高了Al-22%Si合金熔体的过冷能力,增加了Si粒子在基体组织中的过饱和度,提高了基体的显微硬度;Al-22%Si合金基体显微硬度值的变化显示熔体对于电脉冲频率的响应比较敏感.     

电场作用下二元液态合金中溶质活度变化理论模型

通过对Cu-0.2%Al合金施加直流、交流和脉冲电场发现,Cu液中溶质Al的活度系数随电场强度的增加,呈不同程度的减小趋势.为了进一步研究溶质Al的活度减小的原因,对Al-5%Cu合金在熔融状态下进行了液态淬火.通过淬火后的金相组织观察发现,电场作用下液态金属的结构发生了明显的变化,溶质在合金溶液中的分布发生了沿某一个方向聚集的现象.从而揭示了电场作用下二元系合金中溶质活度变化的本质,并在此基础上建立了电场作用下二元系合金中溶质活度变化的理论模型.     

二元合金非等温凝固枝晶生长的数值模拟

采用相场方法对二元合金的非等温凝固进行二维数值模拟.以Ni-Cu合金为例,研究了在不同热扩散系数和不同溶质梯度系数下枝晶的生长以及二元合金的溶质分布.研究结果表明,随着热扩散率的增大,包围等轴晶的热扩散层增厚,抑制了侧向分支的生长,从而使侧向分支生长不发达;其次,热扩散率的增大,使得溶质场扩散层也明显增厚,溶质截留现象不明显,但在溶质场界面前沿产生明显溶质偏析;当溶质梯度系数增大时,相场形貌厚度并不产生影响,但溶质场扩散厚度却显著增加,而溶质偏析程度得以降低.     

Cu-Mn合金的激光表面快速熔凝

为对 Cu- 2 7.3% Mn合金在超高温度梯度快速定向凝固条件下的组织形成规律和胞晶间距进行研究 ,利用5 k W CW CO2 激光器进行了一系列激光表面重熔实验。实验结果表明 :在快速凝固条件下 ,随着凝固速度的提高 ,Cu- 2 7.3% Mn的组织由低速平界面向胞晶、超细胞晶和不规则组织转变 ;当凝固速度达到 2 12 .6 mm /s时 ,生长达到绝对稳定 ;在所有凝固速度范围内无枝晶组织出现。在激光表面快速熔凝过程中 ,从熔池底部到顶部胞晶间距略有减小 ,且间距的选择具有历史相关性。     

聚焦光束粉末堆焊层的凝固组织形貌及其形成机理

研制了由光束发生器、聚焦系统、旋转气流送粉器、工作台组成的聚焦光束堆焊系统。堆焊层中凝固组织形态以及树枝晶生长方向取决于熔池凝固过程中的传热过程。45钢表面的Ni基合金堆焊层的微观组织呈现树枝晶形态,树枝晶沿堆焊方向前倾生长,堆焊层金属与母材金属间形成平面晶带,平面晶带依附于母材半熔化区联生结晶长大。     

Al-La合金不连续枝晶组织形成机理

在Al-La合金的自由凝固试样中,发现Al-35%La合金组织形貌的特殊性,其先结晶相Al11La3枝晶沿主干方向成分是不连续的. 为验证这种组织存在的真实性,采用定向凝固方法制备了不同冷却速度下的Al-35%La合金试样,结果显示出定向凝固Al-35%La合金中Al11La3枝晶沿主干方向成分是不连续的. 在此基础上,分析了化学成分与凝固速度对Al-La合金组织的影响,并初步探讨了这种不连续枝晶的形成机理.     

电场对Cu-Al合金活度及液态淬火组织的影响

通过对Cu-5Al合金施加直流、交流和脉冲电场，发现Cu液中溶质Al的活度系数随电场强度的增加，其趋势不同程度地减小。为研究溶质Al活度减小的原因，对合金在熔融状态下进行淬火。淬火后的金相组织观察表明，电场作用下溶质在合金溶液中沿某一个方向聚集，这为揭示活度的本质及活度在电场下变化的原因提供了可靠的证据，同时从另一个角度证明了液态金属中存在短程有序。