相场法在铸件凝固微观组织模拟中的研究

用凝固过程数值模拟技术预测铸件的晶粒组织,进而预测铸件力学性能已成为国内外铸造领域的研究热点;简叙微观模拟的3种数值方法,其中相场法是一种三维微观组织模拟方法;论述了相场法模拟凝固微观组织的原理及其与外部场的耦合;指出其研究方向.     

含二十面体准晶相Mg-Zn-Y合金的组织和性能

采用常规凝固技术制备了MgZn_6xY_x(x=0.7,1.0,1.5,2.0)合金,研究了Y含量对含有二十面体准晶相(I相)MgZn_6xY_x合金组织和性能的影响。结果表明,MgZn6xYx合金由α-Mg基体和分布在晶界周围的(α-Mg+I相)共晶组织组成。随着Y含量增加,基体晶粒尺寸减小,共晶组织尺寸增大,含量增加,由不连续分布转变为连续分布。在凝固过程中,二十面体准晶相通过共晶转变形成。Mg_89.5Zn_9.0Y_1.5合金的抗拉强度和伸长率达到最大值,分别为179.2MPa和3.5%。MgZn_6xY_x合金的断口呈现准解理断裂特征。     

噪声对NiCu合金凝固过程中枝晶生长影响的数值模拟

利用相场模型与溶质场进行耦合计算,模拟了二元Ni-Cu合金等温凝固的枝晶生长过程,研究了扰动对枝晶生长及溶质场和相场分布的影响。结果表明:当扰动大小取值适当时,热噪声的引入能引发侧向分枝,但不改变枝晶尖端的稳态行为;扰动可促进二次晶臂生长,加扰动后初生枝晶要长一些,即生长速度要快,枝晶形貌也更加复杂;随着扰动幅值的增大,枝晶尖端分叉程度增大;在枝晶生长过程中,枝晶尖端的浓度梯度最大,另外在被二次晶臂包围的界面区域,溶质浓度最高。     

基于ADI分数步长法的铸件温度场数值模拟

针对铸件凝固过程温度场显式差分算法的缺点,采用分数步长法之交替方向隐式迭代法,建立三维温度场的数学模型,该方法是求解抛物线方程的有效方法之一,可大大提高运算速度,求解精度高且绝对稳定,但时间步长大大影响计算精度和计算速度。本文中提出了一种较简便确定变时间步长的方法,该方法可以确保温度场的计算精度和计算速度。最后通过实例及模拟验证,表明ADI分数步长法及变时间步长法能够正确地计算铸件凝固过程温度场。     

热处理对Mg-45Zn-1.5Nd合金组织及性能的影响

采用常规铸造法制备了Mg-45Zn-1.5Nd三元合金,利用SEM、EDS、XRD、硬度及拉伸实验等方法,研究了热处理对Mg-45Zn-1.5Nd合金组织及性能的影响规律。结果表明:铸态组织由Mg7Zn3基体、α-Mg枝晶、α-Mg+MgZn共晶组织以及极少量的球状准晶相组成;退火后α-Mg枝晶和共晶组织溶入基体中,析出了球状准晶相,组织均匀化程度显著提高;热处理使Mg-45Zn-1.5Nd合金的性能大幅度提高,硬度和抗拉强度最高分别达到141.9 HB和168 MPa,比铸态合金提高了14.3%和48.7%,最佳热处理工艺为330℃×6 h;热处理后拉伸断口中尽管出现少量韧窝,但仍是以解理为主的脆性断裂。     

V掺杂Ni3Al点缺陷结构及合金化效应的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法研究了V掺杂Ni3Al合金的电子结构和点缺陷结构.通过计算与实验结果对比选择了适合Ni3Al合金计算的近似方法,计算了含有各个缺陷的晶胞的晶格常数,形成热和结合能,点缺陷的形成能和平衡浓度,态密度和电荷密度.计算结果表明:Ni3Al合金中反位缺陷较空位缺陷易形成,NiAl是Ni3Al合金中最主要的反位缺陷,Al位最易形成缺陷,在1400 K时,空位缺陷的浓度远远低于反位缺陷的浓度.V加入Ni3Al合金体系中能提高合金的稳定性.     

挤压态低合金化Mg-0.5Bi-0.5Y-0.2Zn合金的腐蚀行为及力学性能（英文）

研发一种新型低合金化Mg-Bi-Y-Zn合金系，该合金系在673 K的挤压温度下成功成型。通过扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)、电化学试验和拉伸试验研究挤压态合金的腐蚀行为和拉伸性能。挤压后，合金表现出几乎完全的动态再结晶组织和典型的挤压织构，在晶粒内可以观察到一些亚微米级析出相。在SBF溶液中，合金的腐蚀模式由最初的点蚀为主转变为中间过程的丝状腐蚀为主；最后经长时间浸泡后，腐蚀模式转变为丝状腐蚀和局部晶粒脱落。挤压态Mg-0.5Bi-0.5Y-0.2Zn合金的屈服强度为237 MPa，极限抗拉强度为304 MPa，伸长率为31%，平均腐蚀速率为0.14 mm/a。由此可见，该合金表现出良好的拉伸性能和耐腐蚀性能匹配度，这主要归因于其均匀的晶粒结构和亚微米级析出相。因此本文所研发的Mg-0.5Bi-0.5Y-0.2Zn合金具有在生物医药领域的广阔应用前景。     

深过冷铜镍合金微观组织演化规律研究

利用深过冷快速凝固技术使Cu65Ni35合金获得了不同的过冷度，最大过冷度达到284 K。对快速凝固组织拍摄金相图片，系统研究了Cu65Ni35合金微观组织形貌特征及其演化规律。结果表明，Cu65Ni35合金在大过冷度范围和小过冷度范围内均出现了晶粒细化现象。对具有典型晶粒细化特征的Cu65Ni35合金组织进行电子背散射衍射（EBSD）检测，发现大过冷度组织和小过冷度组织具有完全不同的晶粒取向，小过冷度下的组织发生晶粒细化是由枝晶重熔碎断致使的，而大过冷度下的组织发生晶粒细化却是由应力诱导再结晶完成的。     

环保气体绝缘强度预测模型研究现状

为推进新型环保绝缘气体开发工作，对单一气体、混合气体的绝缘强度经验和半经验预测模型进行了分析。对于经验模型，分子微观参数的优选是关键。相互作用性质函数(general interaction properties function,GIPF)和基团贡献法的引入可提高模型准确性。在使用上述参数时需要从气体放电的角度出发，对参数适用性进行判断，并尝试寻找或定义出气体绝缘领域的特殊分子微观参数。此外，所用气体放电数据需要标准化处理，并在统一的测试条件下对各类气体的绝缘强度进行评估，进而减少样本质量对模型误差的影响。在气体放电理论研究尚不完备的前提下，经验、半经验模型仍需要配合使用。而对于混合气体预测模型，其主要难点在于协同效应的量化定义和预测，这可能与分子间相互作用等微观过程有关。而在完备气体放电理论指导下建立的预测模型可具有更高的准确性和通用性，并可进一步提高环保绝缘气体的开发效率。     

石墨烯纳米片/AZ91D镁基复合材料腐蚀行为

研究了固溶处理后不同石墨烯纳米片(G_nps)含量的AZ91D镁基复合材料在模拟体液(SBF)中的腐蚀行为。结果表明，随着G_nps含量的增加，镁基复合材料的固溶组织晶粒细化程度先增大后减小，耐腐蚀性也随着晶粒细化程度增加而增大。电化学试验结果表明，当G_nps质量分数为0.6%时，耐腐蚀性能最好，腐蚀电流密度(J_corr)降低至1.06×10^-4 A/cm²。研究表明，G_nps做为增强体对镁合金腐蚀性能的改善具有潜在价值。