混合稀土和镧对AL-4.5%Cu合金平板铸件凝固参数、二次枝晶间距及力学性能的影响

本文对结晶间隔较宽的合金-AL-4.5%Cu平板铸件,在砂型铸造条件下研究了混合稀土（RE）及镧（La）对合金的二次枝晶间距（DAS）、力学性能和宏观偏析的影响;探讨了凝固参数与二次枝晶间距、铸件抗拉强度之间的关系。实验结果表明：在AL-4.5%Cu合金中加入少量的RE和La能使合金的二次枝晶间距减小,当RE加入量为0.2%时,可使平板铸件的抗拉强度提高14%,延伸率提高24%。当RE加入量为0.5%时,可使整个平板铸件的逆偏析强度减轻。对凝固参数、二次枝晶间距及抗拉强度之间的关系进行回归分析表明,凝固指数（f、I）和温度梯度加速度（GAP）均为控制二次枝晶间距的有效参数,铸件的二次枝晶间距与抗拉强度之间存在较好的线性关系。这就为控制铸件质量以及用无损检验方法评价铸件抗拉强度提供依据。     

激光定向凝固参数对熔覆层宏观形貌以及微观组织的影响

激光定向凝固技术在航空发动机涡轮叶片上大量使用,但激光参数对熔覆层宏观形貌以及微观组织的影响鲜有研究。研究了DZ22择优取向基材上沿基材外延生长的定向凝固熔覆层宏观形貌和微观组织与激光参数之间的规律,发现了参数对熔覆层宏观形貌的影响规律,并找到了最佳的激光熔覆参数。另外,对微观组织分析发现,熔覆层上层以及两侧均为等轴晶或杂晶,其中,电流和脉宽与一次枝晶间距和转向枝晶区高度成正比,扫描速度与一次枝晶间距和转向枝晶区成反比,而且深宽比大的熔覆层柱状晶区域占比大。     

中速定向凝固K10高温合金的组织和偏析的研究

本文利用最新研制的ZMLMC（区域熔化液态金属冷却）超高温度梯度定向凝固装置研究了钴基高温合金K10在中等冷却速率下定向凝固时的微观组织变化和枝晶偏析及其与凝固参数的关系。结果表明,钴基高温合金K10在中速定向凝固后,其一次枝晶间距比传统的HRS法定向凝固组织细化5倍以上,并在一定的冷却速率下获得了二次分枝被强烈抑制、一次轴呈平行排列的定向凝固超细柱晶组织,在所研究的冷却速率范围内,合金元素Cr、Mo和Ni在枝晶干与枝晶间的偏析比均随冷却速率的增大而趋于1,枝晶偏析得到抑制甚至消除。     

铈在铝铜合金凝固过程中的作用

本文在定向凝固的条件下考察了稀土元素Ce对Al-Cu合金平面生长、胞状生长及枝晶生长的界面稳定性,一次及二次枝晶间距的影响;借此探讨了一般微量合金元素在凝固过程中的作用。研究表明,Ce降低Al-Cu合金的界面稳定性,平面生长时,临界G/V值与Ce含量关系的回归处理结果是：G/V＝0.38[4.5＋(2～3)C (Ce)]（Al－4.5%Cu）。Ce含量较小时减小一次枝晶间距,但含量较大时反而增加一次枝晶间距。随着Ce含量的增加,二次枝晶间距减小。分析表明,只有当微量合金元素的平衡分配系数k很小及C 0/k较大时,才会对合金的凝固过程产生明显影响。     

抽拉速率对一种镍基单晶高温合金凝固组织的影响

研究了抽拉速度对一种镍基高温合金DD98凝固组织的影响。结果发现随着抽拉速率的增加，DD98合金由胞状凝固转变为枝状凝固，γ‘相尺寸变小，由不规则形状逐渐变为规则的立方体形状，γ／γ‘共晶的含量逐渐增加，而共晶中的初生γ‘相尺寸逐渐减小。在胞枝晶转变处存在一次枝晶间距最大值。     

用DAS计量法预测铝铸件的抗拉性能

随着铝合金铸件的广泛应用,对其机械性能的检测显得更加重要。铝铸件的机械性能主要取决于化学成分、铸件健全性、热处理及凝固参数。在前三个因素十分稳定的优质铝铸件,其机械性能主要取决于凝固速率了。凝固速率主要通过影响金相组织的粗细程度而起作用。由于α固溶体的枝晶臂间距DAS集中反映了亚共晶AI-Si合金金相组织的粗细程度,因此DAS的大小即可用来评价优质铝铸件机械性能的高低。     

脉冲电流对ZA-27合金凝固组织的影响

研究了脉冲电流对ZA-27合金凝固组织的影响。结果表明，在金属液凝固过程中对其施加脉冲电流，能够使合金的凝固组织得到改善，晶粒得到细化，枝晶间距减小。其主要原因是脉冲电流产生的脉冲压力对晶核的形成和长大产生了影响。     

铝-铜二元合金定向凝固的相场模拟

基于KKS模型,采用相场和溶质场耦合的方法,对铝-铜二元合金的定向凝固过程进行了模拟。为了简化计算,采用了温度冻结近似;研究了各向异性、界面厚度、界面能等参数对界面形态和微观偏析的影响。结果表明:在各向同性的情况下,晶体生长为浅胞状枝晶生长;当引入各向异性后,随着各向异性系数的增大,晶体生长由浅胞状枝晶向深胞状枝晶转变;随着界面能和界面厚度的增加,胞晶间的凹坑变浅,晶体生长由深胞状枝晶向浅胞状枝晶转变。     

铼含量对第四代镍基单晶高温合金凝固组织的影响

以第四代镍基单晶高温合金DD15为基础,将其铼含量(质量分数)分别调整为5%,6%,7%制备单晶高温合金,研究了铼含量对合金凝固组织特征与元素分布的影响。结果表明：随铼含量的增加,试验合金的γ′相析出温度、溶解温度升高,固相线温度略微下降,液相线温度无明显变化;增加铼含量,合金一次枝晶间距与二次枝晶间距均增大,(γ+γ′)共晶组织含量增多,γ′相尺寸减小,体积分数降低;铼含量的增加使得合金组织中负偏析元素铼、钨、钼、铬、钴的偏析程度降低,但正偏析元素钽的偏析程度增大。     

不同成分下铸态AlMoNbTaTiZr高熵合金显微组织的研究

通过非自耗真空电弧熔炼法制备 AlaMobNbcTadTiZr(a=1.5,0.5,0.25;b=0.5,0.25,0;c=0.5,0;d=0.5,0.75,1)高熵合金,研究合金元素含量、热力学参数、显微组织间的关系.结果表明,除了 Al1.5Mo0.5NbTa0.5TiZr合金由BCC相和富Al-Zr相组成外,其他AlaMobNbcTadTiZr合金由单相BCC固溶体相组成.铸态合金呈现典型的枝晶形貌,Al、Zr和Ti偏析于枝晶间,Mo、Ta和Nb偏析于枝晶干,合金成分变化对凝固过程元素分布的影响较小,但Al比Zr对富Al-Zr相析出的影响更为显著.在a,b,c和d数值减小的AlaMobNbcTadTiZr中,富Al-Zr相析出被抑制,枝晶组织逐渐粗化.Al1.5Mo0.5NbTa0.5TiZr合金因富Al-Zr相的析出使得显微硬度最高,可达650.0 HV0.3,Al0.25NbTa0.5TiZr合金的最低可达407.6HV0.3.     

相场法模拟中影响侧向分支的相场参数

使用耦合热扰动的相场模型,研究相场参数对枝晶侧向分支的影响。结果表明,随着过冷度的增大,包围等轴晶的热扩散层越薄,这越有利于侧向分支的生长,使枝晶侧向分支越发达。各向异性系数ε影响枝晶尖端稳态行为,ε越大,枝晶生长速度越大,侧向分支越发达,二次枝晶间距越小:耦合系数λ越小,尖端生长速度较快收敛于格林函数计算值,侧向分支越发达;热扰动幅值Fu对温度场的影响明显,当Fu取值适当时,热噪声可以引发侧向分支,但是不影响尖端的稳态行为。     

二元固溶体合金胞枝转变的研究

本文从理论上分析了凝固组织一次间距与溶质Peclet数之间的关系,证明一次间距最大值与最小Peclet数相对应。由此得出胞枝转变的临界生产速率V (cr)=2DG L/mC 0（1-k）,Al-4.5(wt)%Cu合金胞枝转变的实验结果支持了该判据。     

稀土合金对高铬铸铁共晶组织及性能的影响

高铬铸铁的韧度与枝晶间共晶碳化物的数量与分布有密切关系。通过定向凝固试样,考察了稀土合金对亚共晶及共晶成分高铬铸铁共晶组织的影响,测定了奥氏体（γ）一次臂的横截面积（Dγ）、共晶区域直径（EW）及碳化物间距（FSC：共晶区域中心碳化物间距;FSC：共晶区域边界碳化物间距）,以及力学性能。结果表明,稀土合金对高铬铸铁共晶组织有明显的细化作用,对其韧度也有一定的贡献。本文还对稀土的作用机理进行了讨论。     

改进元胞自动机法数值模拟高温合金凝固过程枝晶生长行为

提出了一种改进元胞自动机方法,该法充分考虑了溶质场和热扩散对枝晶生长的作用,并基于溶质场方程的27点离散格式,对多元高温合金凝固时的枝晶生长行为进行了数值模拟和试验对比,研究了枝晶生长形貌演变和单晶叶片铸件杂晶形成规律。结果表明:增大过冷度能促进枝晶快速生长,但由于溶质富集,单晶粒枝晶尖端生长速率随时间延长而逐渐减小;当冷却速率较低时,铸件等截面区域偏离热流取向的枝晶会淘汰与热流取向相同的枝晶;在定向凝固枝晶生长中,等温线内凹温度场中的变截面区域易形成杂晶;上述模拟计算结果和试验结果及相关文献的研究结果一致,该改进元胞自动机方法具有一定的有效性和实用性。     

相场法模拟枝晶生长

基于Tong提出的耦合流场、温度场、噪音场的相场模型,发展了一个单相场控制的多个晶粒生长模型,对对流作用下的枝晶的非对称生长进行了模拟研究,考虑了枝晶的择优生长方向,应用该模型模拟了纯金属镍单枝晶和多枝晶在流体作用下的生长规律。模拟结果表明。金属液对流对枝晶生长形貌产生重要的影响,该模型能够较真实地再现凝固过程的枝晶生长过程。     

H62黄铜导体短路熔痕的凝固组织

采用火灾模拟试验制备了H62黄铜导体一次短路熔痕和二次短路熔痕,研究了不同熔痕的凝固组织。结果表明:一次短路熔痕具有明显的过渡区特征,熔珠状一次短路熔痕室温凝固组织为α相,呈枝晶形貌,锌元素质量分数低于32.5%,而凹痕状一次短路熔痕室温凝固组织为α相+β相,α相沿β相晶界呈针状向β相晶内析出,且α相的针状晶未贯穿β相晶界,锌元素质量分数高于32.5%。二次短路熔痕呈熔珠状,具有明显的过渡区特征,室温凝固组织为α相+β相,α相呈羽毛状,且其排列具有方向性,锌元素质量分数高于32.5%。     

藕状多孔铜凝固界面前沿溶质场的数值模拟

采用金属/气体共晶定向凝固技术制备了藕状多孔铜,建立了凝固界面前沿溶质场模型,采用模型计算分析了工艺参数(凝固速率、氢气压力和温度)对多孔铜结构参数(孔隙率和孔间距)和溶质浓度的影响,并与试验结果进行了对比。结果表明:保持氢气压力和温度不变时,孔间距(λ)和凝固速率(v)呈vλ2=E(常数)的关系;孔隙率主要受氢气压力的影响,孔间距主要受凝固速率和氢气压力的共同影响;模型计算结果和试验结果吻合较好;随着氢气压力或凝固速率的升高,固液界面前沿溶质富集程度越来越大,而随着温度的升高,溶质的富集程度越来越小。     

铸锭枝晶间距和冷变形量对Cu-15Ni-8Sn合金显微组织和硬度的影响

采用中频感应炉与高频感应炉制备了枝晶间距分别为11,18,23,50μm的Cu-15Ni-8Sn合金铸锭,并依次进行了均匀化退火处理、固溶处理、冷变形和时效处理,研究了铸锭枝晶间距和冷变形量对合金显微组织和硬度的影响。结果表明:试验合金铸锭的显微组织均为明显的树枝状组织;经均匀化退火及固溶处理后,铸锭枝晶间距越小的合金组织也越趋于均匀;冷变形量越大,合金中的晶粒变形越严重,且经400℃时效后合金中的黑色不连续脱溶产物越早析出,时效硬度峰也越早出现;在相同的冷变形量下,铸锭枝晶间距越小的合金中黑色不连续脱溶产物越晚析出,且时效硬度峰越晚出现。     

1Cr18Ni9Ti不锈钢双辊薄带的铸态组织特征研究

通过双辊薄带连铸试验和组织成分分析,对1Cr18Ni9Ti不锈钢双辊薄带的铸态组织特征进行了研究。结果表明：1Cr18Ni9Ti不锈钢双辊薄带的铸态组织和传统薄板坯没有本质区别,但薄带坯组织较为细密,柱状晶区呈不严格的对称分布;一次枝晶和二次枝晶间距小,并且均随离薄带表面距离的增加而增大;柱状枝晶的生长比较紊乱,没有严格的方向性;在薄带厚度方向上元素铬和镍没有明显的成分偏析。     

反重力铸造的补缩效应

实验考察了反重力铸造条件下压力对AI－4．5％Cu合金圆柱铸件凝固过程的影响；分析了枝晶间的流动和补缩动力学。结果表明，在反重力铸造条件下，凝固压力是一个重要的动力学参数。随着凝固压力的增大，铸件的致密性提高，而凝固时间缩短。研究结果可为生产上选择合理、经济的压力规范提供参考。