亚快速凝固Mg7Zn3Y(-Zr)合金的组织演化及凝固动力学

研究了亚快速凝固Mg7Zn3Y(-Zr)合金的组织特征及凝固行为。亚快速凝固合金由α-Mg固溶体和在晶界处呈网状分布的三元化合物相组成,包含α-Mg,Mg3Y2Zn3和Mg3YZn6相,没有常规凝固合金中"鱼骨状"层片共晶组织,亚快速凝固合金的晶粒尺寸显著减小。Zr使常规凝固合金的晶粒明显细化,而亚快速凝固使Zr的细化作用被抑制,α-Mg基体的形态由树枝状趋于等轴化。提高冷速或加Zr没有改变合金的相组成,但亚快速凝固合金增加了Mg3Y2Zn3和Mg3YZn6相的总量。结合瞬态形核理论和稳态形核及生长理论,探讨了合金在亚快速凝固条件下的相选择及凝固动力学。

氮化硅陶瓷直接凝固注模成型的凝固动力学

直接凝固注模成型（ＤＣＣ）是一种新的近净尺寸陶瓷成型工艺；它是通过可控制反应速率的酶催化反应来实现浆料原位固化的．本文将悬浮体流变学与陶瓷浆料的成型工艺学有机结合，通过陶瓷浆料的动态弛豫实验，研究了Ｓｉ３Ｎ４浆料ＤＣＣ成型的凝固动力学．结果表明：“凝固时间”可以成功地描述陶瓷浆料的凝固过程，动态弛豫实验为陶瓷浆料的凝固动力学提供了一条简便可行的研究方法．在Ｓｉ３Ｎ４浆料ＤＣＣ成型工艺条件优化的基础上，制备出了气孔分布均匀的Ｓｉ３Ｎ４坯体．

氧化铝陶瓷凝胶注模成型凝固动力学研究

凝胶注模成型(Gelcasting)是一种近净尺寸陶瓷成型工艺,它是通过高分子聚合物自由基聚合反应来实现陶瓷料浆的原位固化的。通过建立料浆温度与凝固时间的曲线,来研究陶瓷料浆的凝固动力学,是简便可行的研究方法,结果表明:"驰豫时间"可以成功地描述陶瓷料浆的凝固过程。在Al2O3陶瓷料浆Gelcasting成型工艺条件优化的基础上,制备出了气孔分布均匀的Al2O3坯体。

单晶高温合金过渡液相扩散焊等温凝固动力学研究

针对航空发动机对单晶高温合金叶片高性能焊接技术的需求,采用镍基非晶箔带KNi3A对IC9单晶高温合金进行过渡液相(TLP)扩散焊接。利用扫描电镜观察接头组织,分析了工艺参数对接头组织的影响,阐明了温度对接头凝固动力学的影响机制。结果表明:温度升高一方面可以提高溶质扩散系数,另一方面会减小界面处固相中溶质浓度梯度,使扩散速率随温度升高先增大后减小,从而使凝固完成时间随温度升高先缩短后延长。研究成果可为单晶叶片焊接提供必要的理论依据,对航空发动机制造技术发展有一定的借鉴意义。

二元合金凝固微观模型的研究现状

基于对二元合金凝固过程宏观传输耦合数学模型中非平衡凝固路径和局部液相溶质浓度的确定,详细讨论了两种不同类型的微观凝固数学模型,即凝固动力学模型和凝固微观偏析模型,对其中的确定性凝固动力学模型和微观偏析半解析模型的研究现状分别进行了回顾,分别讨论了凝固动力学模型和微观偏析模型的主要影响因素,即过冷度和形核率以及固相反向扩散和枝晶结构粗化,对凝固微观模型在合金凝固过程耦合数值模拟中的应用价值及其未来的研究方向进行了阐述。

Si对ZA84镁合金凝固过程中三元化合物相选择的影响(英文)

借助X射线衍射仪、扫描电镜和差示扫描量热仪等分析手段研究了Si对金属型铸造ZA84(Mg-8Zn-4Al-0.3Mn)镁合金中τ(Mg32(Al,Zn)49)和φ(Al2Mg5Zn2)两相之间的相选择影响。结果表明,随着ZA84合金中Si加入量的增加,合金的液相线温度下降,并且凝固区间减小。ZA84合金中的三元金属间化合物主要是τ相,φ相只占少量。当在ZA84合金中加入一定量的元素Si时,三元金属间化合物的优先析出次序发生改变,φ相优先析出而τ相被抑制。对相选择现象进行凝固动力学分析表明,在过冷熔体中存在临界过冷度,τ相与φ相析出时若熔体的过冷度大于此临界值,则τ相优先析出而φ相受到抑制,否则,φ相优先析出而τ相被抑制。

悬浮浇注对GCr15轴承钢凝固过程的影响

通过研究悬浮浇注工艺下GCr15轴承钢的凝固动力学过程来探讨悬浮剂的作用机理,并在实验的基础上分别讨论悬浮浇注工艺对钢锭凝固过程的温度分布、凝固速度、结晶温度间隔以及形核率的影响.实验结果表明,悬浮浇注能有效地提高钢锭的凝固速度,改善钢锭截面的温度分布和溶质元素的分布,减小合金的结晶温度间隔,增加钢锭形核率.其结果使钢锭凝固时间缩短,化学成分分布均匀,缩松缩孔减少,结晶组织细化.

异种材料TLP扩散连接过程的非对称性

通过对SiC颗粒增强Al基复合材料与Al合金的TLP扩散连接试验,对异种材料TLP扩散连接过程存在的非对称性进行了深入的研究,并对异种材料TLP扩散连接过程的等温凝固动力学进行了数学建模,且结合接头区域的成分分布进行了验证。研究表明:SiC颗粒增强铝基复合材料与铝合金连接接头区域连接界面向铝合金一侧偏移,接头区域溶质原子成分分布非常不均匀;由于溶质原子扩散速度以及中间层和母材冶金反应的不同,导致异种材料TLP扩散连接过程存在明显的非对称性。所建的等温凝固动力学模型能够用来解释异种材料TLP扩散连接过程,对于异种材料连接具有重要的理论意义。

GCr15轴承钢连铸冷却速率下凝固原位观察

GCr15轴承钢在连铸凝固过程中的组织生长与溶质偏析是碳化物液析的重要诱因,成为产品质量提升的关键。为此,针对国内某钢厂240 mm×240 mm GCr15轴承钢的连铸过程,选取方坯表面下方40、80和120 mm位置处的坯样为研究对象,首先建立二维凝固传热模型,结合红外测温试验,求解它们在糊状区的平均冷却速率,然后借助高温激光共聚焦扫描显微镜(HT-CSLM)原位观察它们在连铸条件下的凝固过程,研究揭示不同冷却速率对晶粒生长动力学、晶粒尺寸和溶质偏析的影响。结果表明,距方坯表面40、80和120 mm位置处的糊状区平均冷却速率分别为24.70、17.02和18.95℃/min,固相等效的γ-Fe晶粒生长速率分别为1.043、0.973和1.015μm/s,完全凝固后原始奥氏体晶粒半径分别为148.53±58.41、168.23±46.47和165.30±49.28μm。随着冷却速率的降低,固液界面趋于稳定,晶粒形貌由不规则长条形逐渐转变为规则圆形,凝固组织变得粗大,溶质元素C和Cr在晶界处分布较高。随着凝固的进行,不同晶粒相互接触形成晶界。该现象随着冷却速率的降低愈加明显,且伴随着晶界的迁移。

20CrMnTi连铸瞬态与平均冷速条件下凝固原位观察

宽淬透性带和大尺寸TiN析出物严重危害20CrMnTi齿轮钢的产品质量,其控制的关键基础是掌握连铸过程中凝固组织演变行为机理。传统高温激光共聚焦扫描显微镜(HT-CSLM)原位观察研究通常将糊状区冷却速率设定为固定值,这不能有效反映连铸凝固过程中冷却速率的变化。为此,以国内某钢厂20CrMnTi 160 mm×160 mm小方坯为研究对象,首先通过二维切片凝固传热计算,确定内弧表面下方20、40、60 mm位置处糊状区的热历程、瞬态与平均冷却速率,进而设计HT-CSLM试验升温与降温方案。然后,开展这些位置处糊状区瞬态与平均冷却速率条件下HT-CSLM试验,研究揭示不同冷却条件下20CrMnTi的凝固过程、δ晶粒生长动力学和包晶相变机制。最后,通过电子探针分析(EPMA),考察冷却条件对凝固组织尺寸的影响规律。结果表明,由于凝固潜热的补偿,内弧皮下20、40、60 mm位置处初始凝固阶段冷却速率较小,凝固中后期逐渐增大,且越深入方坯内部越显著。这些位置处的平均冷却速率分别为102.81、44.63和34.93℃/min。δ晶粒率先从钢液中析出,其平均生长速率随着冷却速率的提升而增大。在瞬态冷却速率条件下,随着凝固的进行,瞬时生长速率呈增大的趋势,但是在平均冷却速率条件下瞬时生长速率则略微降低。这是因为在瞬态冷却速率条件下,糊状区冷却速率由慢至快,不断补偿了凝固潜热,同时初始形核数量少,生长空间大,溶质过冷度的影响相对较弱。当熔体温度降低至包晶相变临界温度时,δ晶粒快速转变为γ晶粒,即发生块状转变,导致固相率迅速增加,且伴随有部分γ晶粒快速聚合。整体上讲,包晶相变临界温度随着冷却速率的增大而降低,但是也受溶质初始含量的影响。此后,剩余液相向γ相转变,直至完全凝固。晶粒半径随着冷却速率的提升而减小,且在平均冷却速率条件下比瞬态冷却速率条件更小,这取决于初始凝固阶段的形核数量。