一种Cr-Ni-Mo-Ti-Al系高强度不锈钢的凝固偏析行为

采用差示扫描量热分析、高温共聚焦显微镜原位观察和定向凝固的方法研究了冷却速率对一种Cr-Ni-Mo-Ti-Al系高强度不锈钢元素偏析的影响规律。结果表明:试验钢的凝固顺序为:L→L+δ→L+δ+γ→L+δ+γ+TiN→δ+γ+TiN→γ+TiN;随着冷却速率的提高,凝固组织的二次枝晶间距逐渐降低,枝晶组织得到细化,二次枝晶间距与冷却速率之间的函数关系为λ2=86.7(GLR)-1/3;铸态组织中Mo、Ni、Al和Ti元素属于正偏析,Cr元素属于负偏析,其中Ni和Ti元素偏析程度较大,主要富集于枝晶间,Mo、Cr和Al元素偏析程度较轻,在铸锭中分布较均匀。凝固末期残余液相中Ti元素的富集导致形成AlN夹杂的倾向增加。冷却速率增加,Ni和Ti等元素偏析现象显著降低。

气体喷吹偏析布料技术研究与应用

针对梅钢5号烧结机混合料布料偏析效果不佳导致固体燃料消耗增大的问题,本文设计实验室模拟布料装置并进行烧结杯试验,研究不同气体喷吹速度对混合料粒度和燃料分布的影响;开发烧结混合料气体喷吹装置进行工业应用试验,确定适宜的喷吹介质,分析气体喷吹对混合料温度、粒度和燃料分布的影响,以及对烧结技术指标改善的效果。试验结果表明:随着气体喷吹速度的提高,混合料粒度和燃料分布的偏析程度增加;采用50 m/s流速的气体喷吹混合料后进行烧结杯试验,烧结机利用系数提高0.024 t/(m^(2)·h),烧结矿成品率提高0.93个百分点,固体燃料消耗降低0.8 kg/t。工业应用结果表明:气体喷吹采用压缩空气为宜,喷吹后混合料温度降低0.9~1.3℃,混合料的粒度偏析指数从0.77%/m提高至1.66%/m,燃料偏析指数从-0.156%/m提高至0.382%/m,烧结矿成品率提高1.62个百分点,燃料消耗降低2.26 kg/t。气体喷吹偏析布料技术占用空间小、成本低,能够显著改善混合料的粒度和燃料分布,提高烧结矿的成品率。

立式离心铸造钛合金薄壁复杂铸件宏观偏析研究

立式离心铸造过程中,由于离心压力在铸件不同半径处有梯度性,会形成严重的宏观偏析。以立式离心铸造TC4钛合金薄壁复杂铸件为研究对象,阐明铸型转速、离心半径及壁厚对铸件宏观偏析的影响规律。结果表明,提高铸型转速会加重钛合金铸件的宏观偏析。当离心半径较小时,钛合金铸件中钒和铝的含量较高;当离心半径较大时,钒和铝的含量较低,形成负偏析。钛元素含量的分布正好与此相反,形成正偏析。离心半径为71 mm时,铸件薄壁部位钛、铝、钒含量为88.1%、8.1%和4.1%;离心半径增加到143 mm时,钛、铝、钒含量为89.9%、7.7%和3.6%(质量分数)。在铸件厚壁部位,其冷却速度比薄壁部位大,合金元素的升高或降低趋势更明显,偏析更严重。整体而言,该薄壁复杂钛合金铸件的偏析不严重。

双辊铸轧2060铝锂合金的偏析行为

为探究溶质偏析行为对双辊铸轧Al-Li合金组织和腐蚀行为的影响,成功制备了不同工艺范围下的铝锂合金铸轧板坯,并构建了热-流耦合模型。结合场发射型扫描电子显微镜(SEM),能谱分析仪(EDS),和透射电子显微镜(TEM)探究了不同工艺条件下组织的耐蚀性差异。结果表明:TRC-3高铸轧速条件下的制备出现了显著的宏观偏析现象。通过结合温度和流速的计算,详细分析了这种偏析机制的结果。偏析将遗传到最终的T6状态组织,恶化T_(1)相的析出,并恶化最终的耐腐蚀性能。深入讨论了偏析对腐蚀行为的影响机理,并提出了一种能够实现低偏析、高耐腐蚀性的铸轧铝锂合金工艺。

冷却速率对ZG40CrNi2Mo大型铸件凝固组织及元素偏析的影响

为了研究铸件凝固过程中不同冷却速率对其凝固组织与元素偏析的影响,利用铸件凝固过程数值模拟方法和自研的高通量凝固过程热模拟实验装置,开展了ZG40CrNi2Mo优质调质钢在不同冷却速率下的凝固模拟实验。结果表明:ZG40CrNi2Mo调质钢的二次枝晶臂间距λ_(2)与局部凝固时间t的关系符合λ_(2)=36.03 t0.26;随着冷却速率的降低,Cr元素偏析呈现上升趋势,Ni元素偏析先上升后降低;Mo元素偏析最为严重,但是对于冷却速率的变化不敏感。

抽拉速率对定向凝固柱晶DZ4125高温合金组织及偏析行为的影响

采用Bridgman定向凝固法制备了DZ4125定向凝固高温合金,研究抽拉速率对DZ4215合金显微组织及偏析行为的影响。结果表明,随着抽拉速率的增加,合金中一次和二次枝晶间距逐渐减小;γ'相尺寸逐渐减小,且形貌由不规则立方体状、蝴蝶状向规则立方体状转变;枝晶间γ'相尺寸和数量均高于枝晶干处的。碳化物和γ+γ'共晶组织主要分布于枝晶间区域,且随着抽拉速率的提高,碳化物形貌从骨架状逐渐向长条状、块状转变,分布更加弥散、均匀。在定向凝固DZ4125合金中,Co和W为正偏析元素,Al、Ti、Ta、Mo为负偏析元素。随着抽拉速率的增加,正偏析元素的偏析程度降低,负偏析元素的偏析程度增加。

改善弹簧钢小方坯中心偏析及线材性能工艺优化

针对某钢厂生产的55SiCr弹簧钢,用户加工后的油淬火钢丝断面收缩率在40%以下,影响后续卷簧过程和弹簧的使用寿命,通过低倍酸洗试验,拉伸试验,油淬火调质处理,钻屑试验等方法对铸坯和线材进行评价检测,发现铸坯中心偏析是导致拉拔性能差的主要原因,通过开展连铸工艺优化试验,研究结果表明:高过热度控制对铸坯偏析及线材拉拔性能有显著影响,过热度为35℃相较于过热度18℃,断面收缩率和伸长率分别提高2%和0.8%;结晶器电磁搅拌电流从150 A增加到320 A,中心等轴晶率由8%~8.5%增加到10.5%,但是中心碳平均偏析指数也随之增加;相同结晶器电磁搅拌工艺时,降低凝固末端电磁搅拌强度有利于改善中心偏析;铸坯中心碳平均偏析指数由1.10降低到1.02时,油淬火调质态线材断面收缩率由39%增加到47%。

CuSn10P1合金晶间偏析对拉伸断裂行为的影响及变形机制

在室温和拉伸速度1 mm·min^(-1)的条件下,对两种不同晶间偏析程度的CuSn10P1合金进行了单向拉伸试验。结果表明,半固态合金抗拉强度和断后伸长率相比液态合金分别提高30.7%和378.7%。在拉伸过程中,两种材料的裂纹都是沿晶间和α相高锡过渡层扩展,但是半固态CuSn10P1合金具有更优异的力学性能。这主要归因于半固态CuSn10P1合金具有较少的晶间组织、更细小的晶粒尺寸和更高的Sn元素固溶度。断裂后,在半固态CuSn10P1合金的α相高锡过渡层区域发现了变形孪晶,说明其变形机制由滑移机制向孪生机制转变。

大圆坯连铸宏观偏析形成过程的数值模拟

针对Φ785 mm立式连铸大圆坯,建立了流动、传热、凝固、传质三维耦合模型。通过该模型预测了从弯月面到完全凝固范围内铸坯溶质元素的分布情况,研究了大圆坯宏观偏析形成过程。模拟结果表明:连铸前期钢液对凝固前沿的溶质冲刷效应是铸坯表面区域出现明显负偏析带的主要原因;随着钢液的不断凝固,铸坯中心区域残余液相的溶质元素不断富集,最终导致了中心偏析的产生,C元素中心最大正偏析指数为1.08;另外,不同溶质元素宏观偏析严重程度有所不同,但呈现出的分布趋势基本相同。

抽拉速率对一种第三代镍基单晶高温合金微观组织和偏析的影响

采用不同抽拉速率制备了一种第三代镍基单晶高温合金,研究了抽拉速率对合金微观组织和元素偏析的影响。结果表明:随着抽拉速率的增加,一次枝晶臂间距和二次枝晶臂间距减小;孔隙率先增大再减小,γ′相的尺寸和体积分数均减小且立方度增加;负偏析元素Re、W的偏析程度减小,正偏析元素Al的偏析程度变化较小,Ta的偏析程度略微增大。

电子束层覆凝固层厚对GH4068铸态组织和合金元素偏析行为的影响

利用电子束层覆凝固的工艺方法制备GH4068,并研究不同层覆凝固厚度对样品组织和元素偏析的影响。结果表明,层覆凝固厚度为5.2 mm(533 g)的样品元素挥发程度最严重,整体组织由底部粗大无序晶粒和其余部分连续柱状晶组成。层覆凝固厚度为7.8 mm的样品层间出现细晶层,其显微硬度最高可以达到452.2 HV。层覆凝固厚度为15.5 mm的样品因层覆厚度太大导致电子束熔透能力不足从而出现层间间隙。在控制元素挥发程度前提下,层覆凝固厚度为7.8 mm的铸锭偏析程度最小且二次枝晶间距最小。偏析最严重的元素为Ti和W,相比于传统双联熔炼工艺,电子束层覆熔炼制备的样品W和Ti偏析程度分别降低11.2%和6.65%。综上,最佳层覆厚度为7.8 mm。

BCC Fe中P晶界偏析对拉伸变形行为影响的分子动力学研究

晶界是金属材料中重要的微观结构,并且晶界上的位错形核对材料变形起着至关重要的作用。本文通过分子动力学模拟研究了BCC Fe中对称倾侧晶界的位错形核机制和孪晶机制,分析了P的晶界偏析对位错变形行为的影响机理。对于(111)晶界体系,位错形核扩展主导拉伸变形行为。而对于(112)孪晶界体系,拉伸变形主要是由孪晶主导,体系发生BCC-FCC相变。针对5个对称倾侧晶界(旋转角为30°~160°)体系,在不同温度下(300 K和600 K)施加拉伸载荷,结果表明位错形核受晶界类型和温度影响。与300 K相比,600 K下体系强度降低,促进位错形核。同时,从原子微观结构、体系能量两个角度,研究P的晶界偏析对位错形核的影响机理。本文提供了晶界位错形核的原子机制,有助于理解P在BCC Fe中的偏析对晶界变形行为和力学性能的影响。

不同冷却速率对GH4151高温合金定向凝固组织及元素偏析的影响

为了进一步降低合金凝固偏析程度和优化真空自耗冶炼(VAR)工艺,利用液态金属冷却法(LMC)对GH4151合金进行定向凝固实验,采用光学显微镜、扫描电镜及电子探针等研究了冷却速率对GH4151合金定向凝固组织及元素偏析的影响。结果表明:随着冷却速率的增加,一次枝晶间距λ_(1)及二次枝晶间距λ_(2)均逐渐减小,两者与冷却速率间满足相似的函数关系。而且,枝晶干及枝晶间γ′相尺寸也随冷却速率的增加逐渐减小,组织均匀性提高。对凝固组织元素成分分布的电子探针分析表明:GH4151合金主要偏析元素为W、Nb、Ti,偏离程度在20%以上,且3种元素显微偏析程度均随冷却速率的增加而加重,原因在于随着冷却速率增加,凝固前沿固相层可供溶质扩散的时间减少,扩散效果减弱。

超声与氩气冷却对2219铝合金组织及偏析的影响

2219铝合金作为一种广泛应用于航天、汽车制造等领域的重要合金,其在一般重力铸造条件下生产的铸锭容易出现孔缩、第二相聚集、宏观偏析等问题。本研究在高纯气氛保护条件下,采用超声辅助处理熔体与氩气冷却相结合的方法制备了2219铝合金铸锭。通过光谱仪、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等手段研究了超声波、氩气冷却对改善2219铝合金凝固组织及宏观偏析的影响。结果表明,在高纯气氛保护下,超声作用对2219铝合金铸造具有良好的细化晶粒、均匀化第二相的效果,组织内无疏松缩孔缺陷。当超声与氩气冷却共同作用时,铸锭晶粒细化及第二相均匀化效果更佳,平均晶粒尺寸减小69.4%。超声空化效应促进了更多溶质元素在铝熔体中的均匀分布,提高了晶粒形核率,同时在空化破碎与声流的扰动效应作用下,第二相组织更为细小均匀,宏观偏析显著改善。

高碳中锰耐磨钢凝固过程溶质微观偏析模型

通过定向凝固、电子探针(EPMA)、Factsage等多种实验与理论计算相结合的手段对中锰耐磨钢凝固过程溶质元素微观偏析行为进行了系统研究.研究表明在定向凝固试验中当拉速为50μm·s-1时,中锰钢的二次枝晶间距平均值为59.77μm;中锰钢凝固过程组织转变为L→L+γ→γ属于奥氏体凝固模式,无包晶反应的发生,也无铁素体相及其他相的出现;中锰钢定向凝固过程中Mn、Cr在枝晶间的含量明显高于枝晶内,表明Mn、Cr元素发生了明显的正偏析行为;通过对各特征参数求解,构建了中锰钢溶质元素微观偏析模型,发现中锰钢定向凝固过程中Mn元素偏析指数与Brody–Flemings模型符合较好,而Cr元素偏析指数与Clyne–Kurz模型分布较为一致.

振动电极电渣重熔W9Mo3Cr4V高速钢碳偏析模拟

建立了振动电极电渣重熔W9Mo3Cr4V高速钢二维轴对称非稳态电磁场、流场、温度场和组分传输的多物理场耦合模型,分析了碳的偏析行为和影响规律,利用VOF模型对渣/金界面进行追踪,采用Lever算法调控了非平衡条件下的溶质再分配行为,并考虑了铸锭中不同元素之间的相互影响.结果表明:与传统工艺相比,振动电极电渣重熔工艺可以明显改善碳的偏析,最大正偏析指数由0.135减至0.116,减小了14.07%,最大负偏析指数由-0.124增至-0.105,增大了15.32%;增大w(W)会加重碳的偏析,当w(W)从9%增至9.5%时,最大正偏析指数增大了7.11%,最大负偏析指数减小了10.3%.

电子束冷床熔炼大型钛合金(Ti-6%Al-4%V)板坯的铝元素偏析控制数值模拟研究

建立验证了三维多物理场耦合数值模型,研究了电子束冷床熔炼(EBCHM)大尺寸TC4(Ti-6%Al-4%V)钛合金板坯中铝元素的偏析控制机制。定性预测了不同铸造条件下铝元素在熔炼区和凝固区的宏观偏析趋势。结果表明,由于溢流口附近熔池形状的纵向演变趋势,拉锭速度增加对铝元素偏析控制的影响很小。降低液面温度是限制铝元素蒸发损失、控制铝元素偏析的有效方案。对于拉锭速度为8 mm/min的EBCHM过程,随着液面温度从2273 K降至2073 K,熔池中铝元素偏析度φl从0.78增至0.96,凝固横截面上相应的铝元素偏析程度φc从0.67增至0.93。

氧化铝坩埚在注浆成型中的颗粒偏析调控

高性能坩埚的研究对高温合金的发展至关重要,鉴于坩埚制备过程中容易产生颗粒偏析导致坩埚微观结构不均匀、综合性能较差等问题,采用注浆成型法制备了高温合金熔炼用Al_(2)O_(3)坩埚,研究了分散剂、固相含量在注浆成型中对Al_(2)O_(3)坩埚颗粒偏析的影响,并结合颗粒偏析的理论分析进行探讨,以减少成型过程中颗粒偏析现象对坩埚造成的不良影响。当加入0.3 wt%柠檬酸铵和0.3 wt%阿拉伯树胶作为分散剂,固相含量为66 vol%时实现了注浆成型Al_(2)O_(3)坩埚中颗粒偏析的调控,制备的Al_(2)O_(3)坩埚结构均匀,可用于高温合金熔炼。

铝镁合金铸件针孔和偏析缺陷特点及分析

对铝镁合金铸件疏松、偏析类缺陷种类、形成机理及其安全使用风险进行了系统的分析,通过X射线、电镜扫描观察铸件不同程度的疏松、偏析组织的微观形貌,并结合力学性能、化学成分检测数据分析评估各类型缺陷对产品使用性能的影响,指出铝镁合金铸件疏松、偏析缺陷安全使用的判定方法,为产品的检测和质量保证提供参考。

偏析缺陷等级对WE43A镁合金力学性能及耐蚀性能的影响

通过金相显微镜和扫描电子显微镜观察、室温拉伸测试、四点弯曲疲劳测试及电化学测试等方法,研究了不同偏析等级对WE43A镁合金力学性能及耐腐蚀性能的影响。结果表明,偏析组织主要以连续网格状Mg_(41)Nd_(5)相和较小颗粒状Mg_(24)Y_(5)相组成,且偏析主要分布在晶界位置。当偏析等级不大于PX4级时,WE43A镁合金的抗拉强度和塑性指标小幅度下降;当偏析等级大于PX4级时,其抗拉强度和塑性指标开始显著下降,抗拉强度、延伸率、断面收缩率分别最大下降约48%、81%、89%。偏析缺陷对WE43A镁合金的屈服强度和弹性模量影响不明显。疲劳寿命(lg)和疲劳极限最大下降比例约为33%和39%。随着偏析缺陷等级的增加,WE43A镁合金腐蚀电位从-1.573 V正移至-1.432 V,腐蚀电流密度从2.090×10^(-5)A/cm^(2)增加至2.467×10^(-3)A/cm^(2),其数量级跨度为2。WE43A镁合金在3.5ω%NaCl溶液中的腐蚀产物主要为MgO和MgCl_(2)。