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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

压力下挤压铸造Al-Cu合金的性能研究

使用挤压铸造工艺制备出一种新型高强韧Al-Cu合金,75MPa挤压力T5热处理状态下其抗拉强度和延伸率分别达到490MPa和9.8%,比同条件下无压力时分别提高71.9%和50%.对该合金力学性能及其显微组织进行分析,结果表明,Al-Cu合金的抗拉强度和延伸率均随压力的增加而增大;加压之后晶粒明显细化,枝晶间距减小.     

熔体过热处理对FGH4096镍基高温合金纯净化行为及凝固组织的影响

在不同熔体过热温度(1 415,1 463,1 523℃)和过热时间(10,20,30 min)下对FGH4096镍基高温合金进行熔体过热处理,研究了熔体过热对合金纯净化行为及凝固组织的影响。结果表明：随着熔体过热温度的升高或过热时间的延长,二次枝晶间距逐渐减小;随着过热温度的升高,合金中元素的偏析程度降低,过热时间对元素偏析程度的影响不大;当过热温度为1 415～1 463℃时,熔体主要发生碳-氧反应,吸氮反应较弱,合金中氧含量和氮含量均较低;当熔体过热温度为1 463～1 523℃时,熔体主要发生MgO坩埚分解反应和吸氮反应,因此合金中的氧含量和氮含量均较高。     

0.2%Ce合金化对铸造Al-Cu合金热裂倾向的影响

为了探索改善高强度铸造 Al- Cu合金抗热裂性能的途径 ,采用液淬的方法 ,通过测量热平衡曲线、溶质浓度分布及金相显微分析等手段 ,研究了 0 .2 % Ce对Al- 4.5 Cu和高强度铸造 Al- Cu- Mn- Ti合金的凝固行为的影响。研究结果表明 ,Ce的加入 ,改变了试验合金的凝固特性 ,并影响了合金的枝晶生长行为 ,其综合作用使合金组织明显细化和均匀化 ,且二次晶臂发达 ,对提高高强度铸造 Al- Cu合金抗热裂性能具有积极作用。对试验合金的热裂抗力测试证明了这一观点     

微量铬添加与快速凝固对Sn-9Zn合金钎料及钎料/铜焊点界面特性的影响

通过真空熔炼制备Sn-9Zn和Sn-9Zn-0.1Cr(质量分数/%)合金钎料,并利用单辊法得到快速凝固态Sn-9Zn-0.1Cr合金钎料,研究了微量铬添加和快速凝固对钎料显微组织、润湿性能、耐腐蚀性能,以及钎料/铜焊点界面金属间化合物(IMC)层在85℃时效过程中生长动力学的影响。结果表明：添加质量分数0.1%铬能够抑制Sn-9Zn合金钎料中富锌相的聚集并细化共晶组织,提高合金钎料的最大润湿力并缩短润湿时间,抑制钎料/铜焊点界面IMC层的生成以及在时效过程中的过度生长;快速凝固态Sn-9Zn-0.1Cr合金钎料中富锌相呈颗粒状弥散分布于β-Sn枝晶中,组织更加细小均匀,耐腐蚀性能显著改善,但界面IMC层在85℃时效过程中的生长速率相比于熔炼态合金钎料略有增大。     

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。     

Ce在Fe－C－Si合金中的分布和杂质的影响

本文采用有机电解液低温电解法和自射线照相方法,研究了球化元素Ce在工业铸铁和高纯Fe－C－Si合金各相中的显微分布。实验结果表明：Ce在石墨中含量高于其在基体中的含量;合金化Ce量随Ce残余量增加而线性增加;基体中Ce分布不均匀,它一般富集在液相最后凝固区。     

High‐temperature laser‐scanning confocal microscopy as a tool to study the interface instability during unsteady‐state solidification of low‐carbon steel

Solidification microstructure is a defining link between production techniques and the mechanical properties of metals and in particular steel. Due to the difficulty of conducting solidification studies at high temperature, knowledge of the development of solidification microstructure in steel is scarce. In this study, a laser‐scanning confocal microscopy (LSCM) has been used to observe in situ and in real‐time the planar to cellular to dendritic transition of the progressing solid/liquid interface in low carbon steel. Because the in situ observations in the laser‐scanning confocal microscopy are restricted to the surface, the effect of sample thickness on surface observations was determined. Moreover, the effect of cooling rate and alloy composition on the planar to cellular interface transition was investigated. In the low‐alloyed, low‐carbon steel studied, the cooling rate does not seem to have an effect on the spacing of the cellular microstructure. However, in the presence of copper and manganese, the cell spacing decreased at higher cooling rates. Higher concentrations of copper in steel resulted on an increased cell spacing at the same cooling rates.     

Al-Mg-Si-Re 合金共晶化合物的研究

本文用透射电镜、扫描电镜等手段研究了Al-Mg-Si-Re合金的共晶组织和稀土对铸态化合物的影响。研究表明,当稀土含量较少时,稀土进行（FeSiAl）相,置换铁原子形成（FeReSiAl）化合物,当稀土含量较高时,合金中形成Re 2Si 2Al 3和Al 4Re化合物。     

含内冷铁铸件凝固进程的三维有限元分析

本文采用三维有限元法编制了含内冷铁铸件凝固进程数值模拟的通用程序;通过数值计算对有限元法的不稳定现象进行了讨论,提出了改进方法;本文还提出了模拟内冷铁影响的等效初始温度法,并采用界面温差模拟了界面热阻的影响;对东北第一重型机器厂的铸钢齿轮的凝固进程进行了数值模拟和实测研究,对其现行工艺进行了分析。     

铈、硫在工业铸铁中的分布及其交互作用

本文采用电解相分离—放射性测量及显微自射线照相法,研究了球化元素铈及反球化元素硫在工业铸铁各相中的分布。结果表明：铈在石墨中富集;铸铁中铈含量的增加,使铸铁中的含硫量及石墨中的硫含量均下降,后者下降速度更快;发现即使球使石墨,其中仍有一定的含硫量;铈与硫彼此均阻碍对方在石墨中吸附;石墨中铈可能在晶体缺陷中吸附,而硫则以间隙固溶形式在石墨中固溶;硫的固溶量很低,硫主要以MnS形式存在,微量硫的存在有利于蠕墨铸铁的获得。     

UNDERSTANDING OF FINITE ELEMENT ANALYSIS RESULTS UNDER THE FRAMEWORK OF OXLEY'S MACHINING MODEL

We introduce an accurate coupled thermo-mechanical finite element analysis (FEA) of machining using the Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) analysis capability of ABAQUS/Explicit. This analysis provides detailed information about the cutting forces, chip thickness, contact length, the extent of the primary and secondary shear zones as well as the distribution of strain, strain rate and temperature in the deformation zones. This information has to be viewed under the framework of an analytical model for it to lead to better understanding of the physics of machining. We use the best available analytical model, namely, Oxley's machining model, for this purpose and the FEA results are compared with the assumptions and predictions of Oxley's analysis. The strain rate in the primary shear zone, the hydrostatic pressure variation along the shear plane, the distribution of normal and shear stresses along the tool-chip interface and the shape of the secondary shear zone are the quantities compared. Due to the key role of temperature in the prediction of tool wear, the fraction of heat conducted away into the workpiece, the maximum temperature along the tool-chip interface and the maximum temperature along the flank face are also compared. The comparison reveals that Oxley's model captures the physics of machining quite well. However, some details such as the heat partition module and the assumptions on stress and temperature distribution at the tool-chip interface need to be revisited.