方波脉冲电流对Al-50％Cu合金定向凝固组织的影响

研究了方波脉冲电流对过共晶Al-50%Cu合金定向凝固组织的影响,主要考察了不同脉冲电流幅值和频率对合金枝晶间距和生长形态的作用效果.试验结果表明,随着脉冲电流幅值和频率增大,一次枝晶间距减小,主要是焦耳热的作用.此外,过共晶Al-50%Cu柱状晶随着脉冲电流的增加出现了V字型生长,失去定向凝固的方向性.这是由于脉冲磁压力和生长速度两方面作用的叠加导致柱状晶的生长方向发生改变的结果.     

中频低压脉冲电流对纯铝凝固组织的影响

通过调整脉冲电流峰值和脉冲频率，研究了中频低压脉冲电流对纯铝凝固组织的影响。试验结果表明：中频低压脉冲电流可使纯铝的凝固组织由柱状晶转变为等轴晶，电流峰值在500～6000A、脉冲频率在100～1000Hz范围内，随着脉冲电流峰值和脉冲频率的提高，等轴晶不断细化，等轴晶晶区面积增大。     

高密度脉冲电流定向凝固纯铝的组织演化

纯铝定向凝固过程加以高密度脉冲电流处理,研究了脉冲峰值电流密度对定向凝固组织的影响。随着脉冲电流密度的增大,定向凝固组织经历了由柱状晶→胞状晶→发达的枝晶→柱状晶3个演化阶段。基于感应磁场与脉冲电流的耦合作用,从电磁流体力学方面分析了高密度脉冲电流对凝固组织形成的作用机制。高密度脉冲电流在金属熔体内感生高频振荡磁场,并感生动态径向电磁压力,影响凝固界面上方金属液流场分布与金属凝固前沿的温度梯度,并对枝晶臂有冲刷作用,从而改变凝固组织形态。     

低压脉冲电流对Al- 4.5Cu合金凝固组织的影响

研究了低压脉冲电流作用下Al-4．5Cu合金凝固组织的变化，考察了冷却速度、脉冲电压和处理时间对合金晶粒大小的影响。试验结果表明：在低压脉冲电流的作用下，Al-4.5Cu合金的凝固组织显著细化，其初生相由发达的树枝晶转变为均匀细小的蔷薇状晶体。合金的晶粒尺寸随着冷却速度的增加而逐渐减小。随着脉冲电压的提高，合金的晶粒尺寸逐渐减小；当脉冲电压达到400V时，晶粒尺寸略有回弹。随着处理时间的增加，合金的晶粒尺寸逐渐减小；当处理时间大于10min时，晶粒尺寸随着处理时间的增加而略有增大。     

急冷条件下Cu-Sn合金的快速枝晶生长

研究快速凝固Cu-xSn（x=7％，13．5％，质量分数）合金的相结构、组织形态和枝晶生长特性，将金属熔体热传导方程与Navier-Stokes方程相耦合，从理论上计算液态合金的冷却速率。结果表明：在急冷快速凝固条件下，Cu-7％Sn合金形成过饱和的单相α-Cu固溶体组织：Cu-13．5％Sn合金形成以亚稳的Cu137Sn相为主相、α-Cu为第二相的快速凝固组织：随着冷却速率的增大，溶质截留效应增强，合金相结构由复相向单相转变；沿垂直于辊面方向上合金的组织形态依次为近辊面细小等轴晶、中部柱状晶及自由面粗大等轴晶：增大冷却速率，晶体形态由柱状晶向等轴晶转变：在急冷快速凝固过程中，α-Cu和Cu137Sn相均以枝晶方式生长；随温度梯度的增大，晶体生长速率呈线性增大。     

脉冲电流作用下TiAl合金凝固组织演变及形成机理

利用OM和TEM研究了脉冲电流作用下Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的凝固组织,并分析了其微观组织演变及形成机理。结果表明,脉冲电流细化了TiAl合金的一次枝晶臂间距、柱状晶尺寸和片层间距。未加载电流的TiAl合金凝固的初生相为α相,TiAl合金的片层取向与柱状晶生长方向夹角较大,甚至垂直于生长方向。脉冲电流作用导致枝晶发生熔断和破碎,促进了β枝晶相的析出及增多,片层取向与晶体生长方向夹角较小或成45°生长的片层进一步增多。脉冲电流降低了固-液相之间的自由能及原子扩散激活能,减少形核位垒及晶核的形核功,从而在一定程度上促进原子扩散,增大了形核率,细化一次枝晶臂间距及柱状晶;初生相的转变析出及其特殊的位向关系是片层取向变化的主要原因。     

Al-Cu-Si三元共晶合金的定向凝固组织

在5 K/mm温度梯度下,运用不同拉伸速率1、5、10、2 0、2 5和35 mm/min对Al-13.6Cu-6Si三元合金进行定向凝固试验,对定向凝固试样的横/纵截面进行显微组织观察,研究下拉速率对凝固组织的影响.结果表明,Al-13.6Cu-6Si三元合金定向凝固后获得了同一方向(即热流的反方向)生长的组织.下拉速率较小时,Al-13.6Cu-6Si三元合金组织由(α-A1+θ-A 12Cu)二元共晶和(α-Al+β-Si+ θ-Al2Cu)三元共晶组成；而当速率增大到5 mm/min及以上时,Al-13.6Cu-6Si三元合金组织中出现初生θ-Al2Cu相.在相同温度梯度时,随着下拉速率的增加,凝固组织排列更均匀有序,组织由胞状晶向柱状晶转变,且组织越来越细密.     

脉冲电流对Zn-42%Al合金定向凝固行为的影响

采用Zn-42%Al合金作为试验材料,研究不同电流强度和脉冲频率下脉冲电流对合金定向凝固组织的影响.结果表明,随着脉冲电流强度的增大,组织得到更加明显的细化;脉冲电流细化组织的作用对脉冲频率存在一个极限响应,当脉冲振荡频率过高,脉冲电流的细化组织效果会被削弱.     

熔体过热处理对Al-4.7%Cu合金定向凝固组织的影响

分别在750、850、950和1050℃下，研究熔体过热处理对Al-4．7％Cu（质量分数）合金定向凝固组织的影响，利用综合热分析仪测定Al-4．7％Cu合金熔体结构特征及变化过程。结果表明：经过950℃和1050℃过热处理的一次枝晶间距比在750℃常规过热直接定向凝固的分别减小了31．2％和36．2％；随着熔体过热时间的延长，一次枝晶间距减小，组织越来越细密；但随着低温保持时间的延长，一次枝晶间距增大，组织越来越粗大，表明熔体高温处理对定向凝固组织形态的影响逐渐衰退；熔体过热处理对Al-4．7％Cu合金定向凝固组织有显著影响的原因在于熔体过热处理改变了熔体结构状态。     

方波脉冲电流对Al-Cu合金凝固组织的影响

针对单极方波脉冲电流幅值对Al-Cu合金凝固组织的影响进行了试验研究。结果表明,脉冲电流对亚共晶Al-5Cu和过共晶Al-50Cu合金的凝固组织和初生相有明显细化作用,这主要是由于方波脉冲电流频域较宽,高次波的能量衰减较慢,对凝固系统所做的有效功值较高。由于电流及感生磁场的不均匀性而产生的磁场梯度漂移和磁力线曲率漂移,使得过共晶Al-50Cu合金中Al3 及Cu 离子沿磁场方向迁移,在脉冲电场作用下,促使初生相CuAl2沿磁场方向优势生长。     

高能脉冲电源及其在铸造中的应用研究

介绍自行研制的一款电压在1～3 kV、最大峰值电流可达1.7MA的脉冲发生装置--XJDMC型高能脉冲电源。电源的电压、输出能量可以调节,能够对充电电压、储能电容、充放电时间进行设置。研究了电压在1、2 kV,电流脉冲峰值为1.7MA时对Al-4wt%Cu合金铸造组织的影响。分析了Al-4wt%Cu合金组织的晶粒尺寸和脉冲电流、电压、冲击频率以及电路自振荡频率之间的相关性。结果表明：脉冲电压2kV、电容的冲击频率为0.5 Hz、电路的振荡频率为50 Hz时,脉冲电流对Al-4wt%Cu合金作用后,晶粒尺寸由1.5mm减小到0.2 mm。在合金凝固过程中施加脉冲电流能够有效细化晶粒尺寸,提高合金的力学性能。     

铸型冷却强度对脉冲电流细化纯铝凝固组织的影响

通过改变脉冲电流参数和铸锭的冷却速度,研究了脉冲电流细化纯铝的规律.试验结果表明:在较快的冷却速度下脉冲电流峰值对组织细化程度的影响明显强于脉冲频率的作用.当频率超过200Hz后电流的热效应导致细化效果反而变差,同时电流的作用存在一个极限值,当电流峰值达到125A之后细化效果明显增强,但是继续提高参数,细化效果并没有随之提高.在较慢的冷却速率下,由于增加了脉冲电流的有效作用时间以及晶核迁移的时间,易于获得等轴晶组织.     

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.     

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。     

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。     

定向凝固AZ31镁合金晶粒取向及力学性能研究

采用自行设计的定向凝固装置制备了AZ31镁合金铸件,通过金相观察、XRD分析和室温压缩试验,研究定向凝固工艺对AZ31镁合金晶粒取向和常温力学性能的影响。结果表明:定向凝固制备的AZ31镁合金铸件具有柱状晶组织,第二相呈球状弥散分布于晶粒内部。由于温度梯度的影响,晶体规律性地定向生长,呈现较明显的[1010]择优取向。该铸件在常温力学性能和塑性成形性能上表现出各向异性的特点。     

脉冲电流对Al-4%Cu合金铸造组织的细化作用

采用自行研制的XJDMG-1型脉冲电源,研究了不同参数下高频、大电流电脉冲对Al-4%Cu铸造组织的影响.分析了合金组织的晶粒尺寸和脉冲参数电流、电压、冲击频率以及电路自振荡频率之间的相关性.结果表明:电脉冲对Al-4%Cu合金有着明显的细化作用;电容的冲击频率和电路的自振荡频率对细化效果起着关键性的作用.     

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.     

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

1　ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＩｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｅｆｆｅｃｔｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｃｕｒｒｅｎｔｏｎｔｈｅｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ,ｉｔｈａｓｂｅｅｎｆｏｕｎｄｔｈａｔｄｕｒｉｎｇｔｈｅｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ,ｗｈｅ