双辊薄带连铸凝固过程中柱状晶向等轴晶转变的广义稳定性判据

为促进柱状晶向等轴晶转变(CET)获得均匀的等轴晶,大多数有效的理论聚焦于生长而忽略了形核的影响。为此,构建耦合细化剂异质形核和枝晶生长的理论框架,采用考虑双辊薄带连铸(VTC)凝固过程中热力学驱动力(?G)和动力学能垒(Q)的广义稳定性(GS)新概念,研究CET位置、晶粒半径和力学性能。细化剂的加入,尤其是Al-5Ti-1B细化剂,通过增加形核的?G和生长的GS使晶粒半径细化到19μm,柱状枝晶的厚度增大到5~6 mm,同时提高强度和塑性。遵循高?G-高GS准则,细化剂直径优化为0.3μm。

连铸坯中柱状晶比例对无取向电工钢组织和磁性能的影响

在高牌号无取向硅钢的连铸生产过程中不进行电磁搅拌,可以保留更多具有强{100}织构的柱状晶。对该铸坯进行热轧、常化、冷轧和再结晶退火,检测工艺过程中的组织和织构,测定其对应的磁性能。结果表明:提高连铸坯中柱状晶比例,可以提高成品中的{100}等有利织构的强度,铁损P1.5/50降低,综合磁性明显改善,而且表面不会产生瓦楞状缺陷。

柱状晶生长取向对定向凝固Mg-Gd合金拉伸和压缩性能的影响

利用定向凝固技术,制备了生长取向为〈2110〉的柱状多晶Mg-6.3Gd合金和生长取向为〈3214〉的柱状多晶Mg-8.2Gd合金,并研究加载方式(拉伸、压缩)、柱状晶取向与力学性能之间的相关性。结果表明:拉伸载荷下,〈2110〉取向柱状晶的基面〈a〉滑移Schmid因子(Fs)低于0.051、柱状晶内启动{1011}压缩孪生协调应变,因此,Mg-6.3Gd合金屈服强度较高(为176 MPa),但伸长率仅8%;〈3214〉取向柱状晶的基面〈a〉滑移Fs高于0.46、柱状晶内启动{1012}拉伸孪生协调应变,因此,Mg-6.3Gd合金屈服强度较低(为57 MPa),但伸长率达到22%。压缩载荷下,两种取向合金启动{1121}和{1012}两种拉伸孪生协调应变,具有较高的形变硬化能力,抗压强度(分别为309 MPa和301 MPa)较屈服强度分别提高214 MPa和219 MPa,且具有较高的塑性。

基于相场法模拟VAR强迫流场中柱状晶生长

基于相场法建立了流-热-质全耦合模型,模拟了真空自耗电弧重熔(VAR)过程铸锭柱状晶在强制流场中的生长。对比柱状晶在有无流场条件下的生长特征解析熔体流动对柱状晶生长的影响机制。模拟结果表明:凝固前沿流场速度大小为45μm/s,方向与枝晶生长方向垂直时,二次枝晶表现出“迎流”生长,枝晶干受冲刷作用向下游倾斜;相邻枝晶形成细小涡流,枝晶干上游侧溶质和热量随熔体带入下游侧,上游侧溶质和温度边界层厚度减小,由无流场时的51μm降至31.5μm,温度梯度大促进二次枝晶发展;下游侧边界层溶质和热量富集程度大,边界层厚度增至78μm,梯度减小明显抑制二次枝晶发展。下游溶质浓度高于无流场情况,枝晶生长缓慢增大微观偏析风险。

柱状晶向等轴晶转变的数值模拟研究进展

柱状晶向等轴晶转变(CET)的研究具有重要意义,数值模拟是其有效的研究方法之一。重点介绍了3种CET转变数值模拟模型——确定性模型、随机性模型和相场模型。指出了各种模型目前在该领域应用中存在的问题,并展望了其今后的发展方向。

电流密度对定向凝固组织中柱状晶间距的影响

以 Ｍ—Ｓ理论为基础，导出了在定向凝固过程中电流通过固液界面的情况下，电流密度与柱状晶间距的理论关系式．并对其进行了实验研究．结果表明，电流密度增加时，其柱状晶间距近似呈直线下降的趋势。

连续柱状晶组织铜及铜合金的超延展变形行为与塑性提高机制

以本文作者所在课题组近年来的工作为基础,介绍了高性能连续柱状晶组织纯铜的室温超延展性、热交换用连续柱状晶组织BFe10-1-1管材的高塑性以及高弹高导Cu-12%Al(质量分数)合金的室温塑性提升。研究发现,连续柱状晶组织的高取向性、平直的低能小角晶界以及在强塑性变形过程中高组分的(001)"软"取向织构及不同于普通多晶组织的动态回复、组织演化特征,是其塑性提升、具有超延展变形能力的主要原因,总结了连续柱状晶组织塑性提高与超延展变形性的相关机制。研究结果为改善材料尤其是脆性材料和难加工材料的室温塑性与可加工性能提供了理论依据和新思路。

长柱状晶高韧性氧化铝陶瓷的制备与性能研究

针对一般氧化铝陶瓷材料断裂韧性差的缺点 ,通过球磨的方法向初始原料氢氧化铝中添加晶种 ,并采用热压烧结方式 ,使氧化铝生长成长柱状晶粒结构 ,产生了明显的增韧效果 ,使这种氧化铝瓷体的断裂韧性比一般氧化铝陶瓷材料提高一倍以上 ,可达到 6 .70 MPa· m1 /2。对几种不同烧结温度下烧结的瓷体进行了显微结构分析和力学性能测试 。

电子束快速成形TC18钛合金柱状晶组织的拉伸性能

采用电子束快速成形方法,获得了一种TC18钛合金的柱状晶组织,研究了热处理工艺对该类组织析出相和拉伸性能的影响。结果表明,在740～830℃温度范围内固溶、在550℃时效处理,随着固溶温度的升高,快速成形样品沿柱状晶方向的强度呈上升趋势,塑性呈下降趋势;在830℃固溶处理后,在550～650℃时效温度范围内,随着时效温度的升高,沿柱状晶方向的强度呈下降趋势,而塑性呈上升趋势;拉伸性能随热处理工艺的变化主要取决于热处理过程中产生的二次α相;发现了延性韧窝和沿晶+准解理两种不同类型的断口形貌,并对其形成原因进行了分析。

定向退火条件下柱状晶形成及连续扩展的相场模拟

基于定向退火条件下的移动热区模型,采用相场法研究定向退火条件下热区宽度对多晶材料中柱状晶形成及连续扩展的影响。模拟结果表明:增加热区宽度有利于形成柱状晶结构,且所得柱状晶的长宽比随着热区宽度的增加而增大;当热区移动速率一定时,柱状晶连续扩展所需临界热区宽度小于形成柱状晶所需临界热区宽度;当热区宽度大于初始晶粒直径的1.5倍时,热区宽度对柱状晶连续扩展的热区移动临界速率的影响很小。

B元素对Ti-46Al和Ti-46Al-5Nb合金柱状晶组织的影响

B元素对Ti-46Al和Ti-46Al-5Nb(原子分数,%)合金的柱状晶组织均有明显的细化作用,且对后者的细化效果更显著.这一现象可归结为:B元素在Ti-46Al-5Nb合金中的溶解度较低,硼化物析出量增加,柱状晶组织进一步细化.

α-Sialon柱状晶的制备

研究了α－Ｓｉａｌｏｎ柱状晶制备过程．结果表明，α－Ｓｉａｌｏｎ柱状晶可以通过无压烧结和酸洗的方法制备得到．α－Ｓｉａｌｏｎ柱状晶形貌与添加剂种类有关，选用轻稀土氧化物为添加剂制得的α－Ｓｉａｌｏｎ柱状晶具有较小的直径和较大的长径比，而选用重稀土氧化物为添加剂的α－Ｓｉａｌｏｎ柱状晶的直径较大，长径比较小．文中就添加剂种类对α－Ｓｉａｌｏｎ柱状晶形貌的影响进行了讨论．

连续柱状晶组织纯铜板材的制备

采用真空熔炼?氩气保护下拉式连续定向凝固技术制备纯铜板材,研究了工艺参数对凝固成形过程的影响,分析了连续定向凝固板材的组织和性能。结果表明:当熔体温度1160℃、下拉速度70mm/min、冷却水量900L/h时,可以连续稳定成形宽25mm、厚5mm且表面光亮、具有连续柱状晶组织的纯铜板材,其抗拉强度为146MPa,屈服强度为33MPa,延伸率为54%,电导率为105.9%IACS,具有优良的力学性能和电学性能。

无柱状晶钢坯的连铸技术——半固态连铸

无柱状晶钢坯连铸技术是现代连铸技术的一个新发展 ,所得钢坯具有优异的成形加工性能。其基本过程包括合金熔炼、预结晶器预热、熔体搅拌和振动、凝固拉坯等基本环节。论述半固态连铸的基本概念、目前的应用。

连续柱状晶组织CuAlNi合金管材的短流程制备

采用真空熔炼、氩气保护下拉式连续定向凝固方法制备Cu-14.3%Al-4%Ni(质量分数)合金管材,研究工艺参数对凝固成形过程的影响,分析连续定向凝固管材的组织性能。结果表明:当熔体温度为1 280℃、下拉速度为38 mm/min、冷却水流量为900 L/h时,可以连续稳定地形成Cu-14.3%Al-4%Ni合金管材,其直径为10 mm,壁厚为1.8 mm,且表面较光滑、具有连续柱状晶组织,抗拉强度达到540 MPa,伸长率达到13.7%,具有优良的力学性能。

连续柱状晶组织Cu-12%Al合金在3.5%NaCl和10%HCl溶液中的腐蚀行为

采用静态浸泡腐蚀实验、电化学分析方法等研究连续定向凝固方法制备的具有连续柱状晶组织的Cu-12％A1（质量分数，下同）合金在3．5％NaCl（质量分数）溶液和10％HCI（体积分数）溶液中的耐腐蚀性能及腐蚀机理。结果表明：Cu-12％A1合金在3．5％NaCl溶液中的耐腐蚀性能可达到耐蚀级。虽然在40℃以下的10％HCl溶液中该合金的耐腐蚀性能可达到耐蚀级，但在40℃以上的10％HCl溶液中的耐腐蚀性能欠佳。连续柱状晶组织Cu-12％A1合金的耐腐蚀性能优于Al含量为5％-11％的传统铝青铜和QBe2合金的耐腐蚀性能，但劣于0Be2．15合金的耐腐蚀性能。在3．5％NaCl溶液和10％HCl中连续柱状晶组织Cu．12％A1合金的自腐蚀电位分别为-271mV（vsSCE）和-333mV（VSSCE）。腐蚀发生后试样表面的Al元素含量明显下降，腐蚀机制为脱铝腐蚀。

柱状晶CuAlBe超弹性合金丝的等温变形

对热型连铸制备的柱状晶CuAlBe超弹性合金丝做等温变形试验,研究柱状晶在变形过程中组织和性能的变化。等温温度从400℃到600℃,变形量从25%到62.5%。结果表明,变形温度为450～550℃,在所研究的变形量内都能得到以β相为主及少量α相的柱状晶组织,力学性能与变形前大致相同,但残余变形大大增加。低于450℃变形产生马氏体,变形量增大时还导致晶界裂纹。高于550℃变形则产生十字星形γ2。后两者都使力学性能急剧下降。

电工钢中柱状晶热压缩时取向的变化及对析出的影响

利用电子背散射衍射(EBSD)技术和场发射电子扫描显微镜(FESEM)研究了电工钢中柱状晶不同初始取向50%热压缩变形后的演变规律及其对粒子析出行为的影响。结果表明:〈100〉晶粒形变后仍为〈100〉取向,只发生绕ND∥〈100〉方向的转动,具有遗传性,粒子析出数量少。柱状晶长轴与压缩轴的偏转度增加,取向的稳定性变差,超过40°,可形成〈111〉取向,期间发生复杂的滑移系交互作用,产生较高的缺陷密度,促进粒子析出。MnS粒子主要在晶内析出,变形温度高、形变量低,粒子均无法充分析出。回复时,形变晶粒内高的储能和缺陷密度是促进粒子进一步析出的必要条件。

电磁搅拌下低合金钢柱状晶向等轴晶转变准则(二)

在枝晶破碎理论基础上,讨论了电磁搅拌强度及合金元素碳、锰含量对钢凝固组织的影响。分析并获得了线性电磁搅拌下柱状晶向等轴晶转变(CET)的准则。观察到凝固过程中电磁搅拌产生的枝晶碎片,得到了临界固相分率、碳含量和液体平均流速之间的关系。发现低碳情况下,锰含量提高使CET更难;高碳情况下,锰含量提高对CET几乎没影响。

连续柱状晶组织纯铜室温超延展变形机理

通过下引式连续定向凝固设备,调控合理的工艺参数制备出表面光洁、单一?100?取向的柱状晶铜杆。然后经室温拉拔(不经过中间热处理),表现出超延展变形。通过组织观察和性能分析,发现其塑性变形可以分为3个阶段:一般硬化阶段(ε≤4.13),低硬化速率阶段(4.13≤ε≤10.16),部分亚微米等轴晶粒形成阶段(ε≥10.16)。每个阶段的塑性变形行为各有不同,各有其特点。研究结果全面地概括连续柱状晶组织铜杆在室温拉拔过程中的变形机理,同时也为超细铜丝的制备提供必要的理论依据。