Effect of withdrawal velocity on dendritic interfacial characteristic for Al-Cu alloy during directional solidification

采用Al-4%Cu合金, 对不同抽拉速率下定向凝固枝晶界面特征进行了研究. 结果表明, 当抽拉速率从100 um/s增至600 um/s时, 一次枝晶间距随抽拉速率的增大而减小. 在枝晶固/液 界面存在枝晶干的凸起, 其平--凸--平--凸的程度随抽拉速率的增加呈现先加强后减弱最后几乎消 失的规律. 随着抽拉速率的增大, 枝晶尖端温度先升高而后降低. 采用KGT模型和非平衡效应 研究了枝晶界面温度, 分析了尖端过冷度和尖端成分对枝晶界面特征的影响, 得到非平衡凝固枝 晶尖端过冷度的计算方程. 界面平-凸-平-凸的程度与枝晶尖端成分和尖端过冷度有关.     

定向凝固Sn-36%Ni包晶合金凝固组织特征长度的表征

通过对Sn?36%Ni包晶合金在恒定温度梯度(G=20 K/mm)下进行的一定速度范围内(v=2~200μm/s)的定向凝固实验，研究凝固组织特征尺度随生长速度v的变化；测量包括一次与高次枝晶间距及枝晶尖端半径在内的凝固组织特征尺度。通过实验结果与理论模型的对比，发现凝固组织特征尺度随生长速度的变化关系为：对于一次枝晶间距有λ1=335.882v?0.21,且与 Kurz?Fisher 模型吻合；对于二次枝晶间距有λ2=44.957v?0.277,且与 Bouchard?Kirkaldy模型吻合；对于三次枝晶间距有λ3=40.512v?0.274；对于枝晶尖端半径有R=22.7v?0.36。实验结果表明，λ1/λ2随着生长速度的增加而增加，λ1/λ3的变化明显较λ1/λ2的小，表明三次枝晶具有与一次枝晶类似的生长特征；而λ1/R的比值随着生长速度的增加而由2增加到2.3，变化很小。     

抽拉速率对定向凝固Al-4％Cu合金枝晶界面特征的影响

采用Al-4%Cu合金,对不同抽拉速率下定向凝固枝晶界面特征进行了研究.结果表明,当抽拉速率从100 μm/s增至600μm/s时,一次枝晶间距随抽拉速率的增大而减小.在枝晶固/液界面存在枝晶干的凸起,其平-凸-平-凸的程度随抽拉速率的增加呈现先加强后减弱最后几乎消失的规律.随着抽拉速率的增大,枝晶尖端温度先升高而后降低.采用KGT模型和非平衡效应研究了枝晶界面温度,分析了尖端过冷度和尖端成分对枝晶界面特征的影响,得到非平衡凝固枝晶尖端过冷度的计算方程.界面平-凸-平-凸的程度与枝晶尖端成分和尖端过冷度有关.     

界面追踪法研究界面能各向异性对定向凝固枝晶生长的影响

运用基于界面追踪法的数值自洽模型研究了界面能各向异性对定向凝固枝晶生长的影响.模拟结果表明,对于给定的凝固条件,对应不同的一次间距Peclect数范围,存在2个不同的界面形态解区间,其中较小的间距Peclect数解区间对应的界面形态类似胞状晶,较大的间距Peclect数解区间对应的界面形态类似枝状晶,界面能各向异性的增大有利于枝晶解区间的扩大.同时,枝晶生长的尖端临界稳定性参数σ^*与界面能各向异性参数E₄存在幂指数关系,并基于Fisher枝晶扩散解,得到包含界面能各向异性参数的枝晶尖端半径表达式:R_IMS=2.5646[（?）]^0.5E₄^-0.1905,ΔT₀=mC₀（k₀-1）/k₀;界面能各向异性增大,枝晶生长界面前沿过冷度减小.枝晶生长稳态一次间距的选择主要取决于枝晶间溶质扩散场的相互作用,而由于界面能各向异性在枝晶尖端作用的局域化,使得界面能各向异性对定向凝固稳态一次枝晶间距影响较小.     

抽拉速度对高温合金DZ125定向凝固中缩松的影响

研究了不同抽拉速度下镍基高温合金DZ125定向凝固试样中显微缩松的分布、变化规律.结果表明,在一定抽拉速度范围内(≤100μm/s),随抽拉速度增加,定向凝固试样中缩松水平降低.v=50μm/s时试样中缩松水平约为v=5μm/s时缩松水平的10%,v=100μm/s时试样中的缩松水平约为v=50μm/s时缩松水平的70%～90%.随抽拉速度增大,一次枝晶间距和二次枝晶间距减小,枝晶发生细化,抽拉速度对缩松水平的影响主要由枝晶间距的变化引起.     

DZ125高温合金定向凝固微观组织的CA法模拟

采用伪二元相图法对DZ125多元合金进行了简化,并用二维Cellular Automaton(CA)法模拟了合金定向凝固微观组织.通过采用不均匀连续形核模型,在考虑到枝晶生长动力学的基础上,模拟了不同抽拉速度下合金定向凝固组织形貌,枝晶界面形态以及一次枝晶间距的变化,说明树枝晶竞争生长中存在"分枝"与"淹没"的机制;并且随凝固速率的增加,合金凝固组织从分枝较少的胞状树枝晶向分枝发达的树枝晶转变.模拟的一次枝晶间距从凝固速率为50 μm/s时的132 μm减少到凝固速率为500 μm/s时的69 μm.模拟结果与实验结果吻合较好.     

晶体生长速率对定向凝固Al-4.5%Cu合金一次枝晶间距的影响

采用定向凝固方法,研究了晶体生长速率对定向凝Al-4.5%Cu合金一次枝晶间距的影响.试验结果表明,晶体生长速率对定向凝固Al-4.5%Cu合金枝晶组织影响非常显著.生长速率较低时,获得的组织为粗大的树枝晶,一次和二次枝晶都比较发达,定向凝固组织特征不明显;晶体生长速率为60 μm/s以上时,定向凝固组织特征明显显现出来;随着晶体生长速率的进一步提高,枝晶细化,枝晶间距明显减小;晶体生长率为123μm/s时,此时测得一次枝晶间距值(104.7μm)和Hunt模型的计算值(98.8 μm)能比较好的吻合.     

定向凝固Al-4.5%Cu合金枝晶组织与抽拉速率的关系

用自制下拉式定向凝固设备,在一定的温度梯度下,在20-220μm/s的抽拉速率范围制备定向凝固Al-4.5%Cu合金,并对其微观组织、特别是一次枝晶间距随抽拉速率的变化规律进行研究。结果表明：定向凝固微观组织随抽拉速率的增大呈细化趋势,其一次枝晶间距减小;当抽拉速率小于100μm/s时,枝晶间距随抽拉速率而减小的幅度较大;当抽拉速率大于100μm/s时,枝晶间距减小幅度较为平缓。在综合分析抽拉速率、界面生长速率、温度梯度等影响因素的基础上,推导出界面局域平衡条件下预测定向凝固次枝晶间距的理论模型,该模型能够较为准确地反映定向凝固一次枝晶间距随抽拉速率在100-220μm/s范围的变化规律,为定向凝固工艺获得特定组织而预先选配合适的工艺参数提供理论参考。     

Al-Cu合金凝固组织演变的模拟与预测

采用相场法对铸造Al-4.2Cu合金的凝固组织中的枝晶生长速率和枝晶尖端半径进行了计算机模拟,并与Ivantsov理论计算得到的Peclet数值进行了对比分析。结果表明,Al-4.2Cu合金凝固过程中枝晶尖端生长速率基本分布在0.04 m/s附近,Al-4.2Cu合金凝固过程中枝晶尖端半径则主要分布在1.0×10-7m;本文的相场法计算模拟得到的非等温和等温凝固结果和Ivantsov理论计算得到的值基本吻合,相对而言,非等温凝固的模拟结果相对要比等温凝固模拟结果更接近Ivantsov理论值。     

基于原位观察的Cu-Ni-Si合金凝固过程及机理研究

利用共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)原位观察薄带连铸Cu-3.2Ni-0.75Si合金在不同冷却速率下的凝固过程,定量分析了结晶温度和凝固组织二次枝晶间距依赖于冷却速率的函数关系.结果表明:冷却速率的提高可以显著降低合金的结晶温度,减小合金凝固组织的二次枝晶间距,当冷却速率由0.1?℃/s提高至100?℃/s时,结晶温度由1096?℃降低至890?℃,二次枝晶间距由77.5?μm减小至23.5?μm,结晶温度和二次枝晶间距依赖于冷却速率的函数关系式分别为TL→S=194×(-v/14)+895和λ2=60×v-0.11.薄带连铸的亚快速凝固特点可以显著细化合金凝固组织,抑制Ni、Si元素的显微偏析,其原因在于冷却速率的提高加大了合金熔体结晶时的初始过冷度.