U-6%Nb二元合金凝固过程中显微组织与显微偏析的模拟

提出一个改进的计算固相分数的模型,利用该模型及元胞自动机方法根据相图计算将固/液界面区域内固相分数表示为一个一元二次方程,不需假设界面的位置和形状．对U-6%Nb(质量分数)二元合金的凝固组织和显微偏析的模拟结果表明：初始形核部位Nb浓度最高,随着凝固的进行,该部位Nb浓度不断下降；凝固后期晶界区贫Nb,Nb浓度最低可达3%以下．

相图计算耦合显微偏析数值模拟的宏/微观数值方法

论述了在显微偏析数值模拟研究中宏/微观模型的耦合数值方法和显微偏析模型与相图计算耦合的数值方法。宏/微观模型以潜热的处理为纽带,采用先进的迭代方法进行耦合;与相图的耦合是把与有关相图信息数据通过插值方法读入程序。这些方法为进行显微偏析数值模拟的研究提供了基础。

高梯度快速定向凝固下DZ22高温合金的显微偏析

利用超高梯度快速定向凝固装置，对ＤＺ２２合金在快速定向凝固下的枝晶组织和显微偏析进行了研究。实验结果表明：快速定向凝固的一次枝晶间距和二次枝晶间距及冷却速率随凝固速率变化有一极值。在凝固速率８１５μｍ／ｓ时，枝晶间距（λ１，λ２）为最小，而冷却速率为最大。各元素显微偏析程度随冷却速率增大而减小。除Ｈｆ元素外，在最大冷却速率５４℃／ｓ（Ｒ＝８１５μｍ／ｓ）时。

显微偏析数值模拟的微观模型和数值方法

研究显微偏析数值模拟中的微观模型和数值方法,在微观模型中考虑了树枝晶粗化、固相溶质逆扩散、枝晶尖端过冷、随温度变化的溶质扩散系数等影响显微偏析形成的动力学因素。数值方法中采用变网格技术跟踪移动界面,通过迭代求解溶质扩散方程和溶质守恒方程计算显微偏析参数。并给出了微观计算流程图,这种数值方法可以方便地与宏观计算、相图计算相耦合。模拟算例表明模拟结果与实验结果吻合较好。

镍基单晶高温合金DD403显微偏析

采用选晶法在改进型Bridgman定向凝固炉中制备镍基单晶高温合金DD403,利用电子探针(EPMA)技术研究了DD403合金在枝晶生长条件下的显微偏析。结果表明,随着抽拉速率增加DD403的偏析程度逐渐加剧。偏析于枝晶间元素Al、Ti和枝晶干元素Co、W的偏析程度随着抽拉速率的增加而增大,而合金元素Mo和Cr的偏析比接近于1,基本不存在偏析,且偏析比随抽拉速率增加没有明显变化。研究结果同时表明,随着抽拉速率增加DD403的共晶含量逐渐增加。

凝固路径对Al-4.5%Cu合金显微偏析参数影响的数值模拟

通过对Al 4 5%Cu合金铸锭显微偏析形成的数值模拟, 研究了凝固路径对凝固后铸锭不同位置处显微偏析参数的影响。在显微偏析模型中考虑了树枝晶粗化、固相溶质逆扩散、枝晶尖端过冷、随温度变化的溶质扩散系数等影响显微偏析形成的动力学因素。数值方法中采用变网格技术跟踪移动界面, 通过迭代求解溶质扩散方程和溶质守恒方程计算显微偏析参数。结果表明, 对于Al Cu合金, 固相扩散主要由溶质扩散速率控制, 而非局部凝固时间。显微偏析参数不仅取决于局部凝固时间, 还要考虑凝固路径的影响。

多元Al-Cu系合金凝固过程中显微偏析的计算模拟

以物质守恒方程、液固界面平衡方程为基础，提出一个反映多元合金系中组元间相互作用的凝固模型，并从应用的角度出发，对该模型进行了合理的简化利用这个模型对合金元素在多元 Ａｌ－Ｃｕ系合金凝固过程中的行为进行计算模拟，所得到的情况与实验结果相一致，表明这个多元系凝固模型可以为多元

微观结点数目对显微偏析数值模拟的影响

凝固过程微观数值模拟是目前材料学科研究的一个热点 ,其中显微偏析数值模拟具有重要的指导意义 ,国内在此研究方向上尚处于起步阶段。研究了显微偏析数值模拟中微观结点数目对计算结果的影响 ,并与试验结果进行了对照 ,指出基于迭代方法的显微偏析模拟结果与微观时间步数之间的关系为弱影响 。

快速凝固Mg_(94.6)Zn_(4.8)Y_(0.6)合金薄带微观结构及显微偏析

采用单辊快速凝固技术制备了Mg94.6Zn4.8Y0.6合金快速凝固薄带,并通过扫描电镜的背散射及线扫描研究了快速凝固Mg94.6Zn4.8Y0.6合金薄带的显微偏析。结果表明,由于溶质截流,单辊快速凝固Mg94.6Zn4.8Y0.6合金薄带为过饱和单相α-Mg固溶体的蜂窝状组织,Mg、Zn和Y宏观分布比较均匀。但在薄带厚度方向上存在偏析,在晶内也存在显微偏析,偏析形成是由于从辊面到自由面凝固速度的差异及溶质传输和晶格结构造成的,其中Zn元素偏析最大,Y元素次之,Mg元素最小。

凝固过程显微偏析预测数值模拟研究的发展现状

显微偏析现象对于合金是非常重要的 ,因为它在很大程度上影响着合金的性能和后续加工 ,对它的数值模拟研究已受到许多研究者的关注。本文作者回顾并介绍了显微偏析数值模拟的发展现状 。

耦合相图计算的凝固过程显微偏析形成数值模拟

建立了耦合热力学相图计算的显微偏析宏、微观模型并论述了其主要数值方法,以水冷铜型内冷却的Al-4.5%Cu合金铸锭为例仿真了其凝固过程中显微偏析的形成,并与试验结果进行了对照,获得了与试验结果吻合较好的模拟结果,验证了模型和算法的正确性.

一种新型潜热处理模型显微偏析数值模拟的应用

在显微偏析数值模拟中,宏/微观模型通过潜热处理相互耦合。潜热模型直接决定着模拟结果的准确性。将近期先进的潜热处理模型引入显微偏析数值模拟,对Al 4 .5Cu合金铸锭显微偏析的形成进行了数值模拟。在模型中考虑了树枝晶粗化、固相溶质逆扩散、枝晶尖端过冷、随温度变化的溶质扩散系数等动力学因素,微观数值方法中采用变网格技术跟踪移动界面,通过迭代求解溶质扩散方程和溶质守恒方程计算显微偏析参数。在简化耦合算法的情况下,模拟结果与试验结果符合。

一种镍基单晶高温合金的显微偏析行为

研究了一种新型镍基单晶高温合金DD98铸态组织的显微偏析行为.实验结果表明,当合金以枝晶凝固时,组织中存在显微偏析.其中元素Mo、Cr、Ti、Ta、Al在枝晶间富集,Ti、Mo、Ta、Cr的偏析较为严重,Al的偏析程度相对小一些,Ni、Co、W为枝晶干偏析元素,其中W的偏析最为严重;共晶中富集Al、Ta、Ti、Ni,贫Co、W、Cr、Mo.凝固速率对枝晶偏析有显著的影响.随着抽拉速率的增加,元素Al、Mo、Co、Ti的偏析程度增加,而Ta的偏析程度降低,其它元素的偏析程度变化不大.

电场对DD3单晶高温合金显微偏析的影响

研究了直流电场对DD3单晶高温合金凝固显微偏析的影响.实验结果表明:在定向凝固速度为5μm/s和电流密度为0～20 A/cm2的条件下,随电流密度增大,胞晶或树枝晶间距减小.与不施加电场时相比,电流密度为6A/cm2时,凝固偏析明显减轻;电流密度为20A/cm2时,凝固偏析恶化.DD3单晶高温合金定向凝固过程中,由于电场的加入,引起溶质有效再分配系数的变化,减轻了凝固偏析;胞晶或树枝晶间距减小,也有利于减轻凝固偏析;胞晶间的原子团簇向胞晶侧面集聚,造成凝固偏析增大.上述因素共同作用决定了最终凝固组织的偏析.

钢凝固期间显微偏析的计算机模拟

显微偏析是大多数金属凝固过程引起的一种重要现象。在过去20年里，许多研究工作者在模拟显微偏析方面获得不同程度的成功。本文给出了结合热与物质交换的凝固的一维分析的新模型。这种模型包括在Fe—Ni合金中预先测量酌显微偏析值的切步对比，并且该模型最终将推广到更普遍的一维以及二维凝固问题上。实际上如果恰当的选择边界和初始条件，这个模型还可以应用于任何凝固过程。

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。

铸锭GH3625合金微观偏析及均匀化热处理

为消除铸态GH 3625合金的显微偏析,改善其热加工性能,建立其均匀化动力学并制订均匀化处理制度,采用ImagePro Plus软件、扫描电镜(SEM)和能谱分析仪(EDS),对通过真空感应熔炼和电渣重熔双联工艺制备的GH 3625合金电渣锭的显微组织及元素偏析情况进行分析和研究.同时,对铸态GH 3625合金在不同温度下同一时间及同一温度下不同时间进行了均匀化处理.结果表明:GH 3625合金电渣锭存在明显的枝晶间微观偏析,主要偏析元素为Nb、Mo等,形成富Nb的Laves相、MC碳化物;不同元素的偏析程度为Nb>Mo>Ti>Al>Cr;Nb、Mo、Ti、Al在枝晶间大量富集,使得Laves等多种非平衡相在枝晶间析出;在均匀化过程中,随着均匀化温度的升高和时间的延长,偏析元素逐渐扩散均匀;当热处理制度为1 130℃×32 h时,元素偏析基本消除;Laves相体积分数随均匀化处理时间呈明显指数函数特征,V1 130℃=0.033 5exp(-0.163 1t).

多元合金枝晶生长形态转变及显微偏析的相场法研究

采用多元合金相场模型及耦合真实热力学参数,对Ni-Al-Nb三元单相合金在不同过冷度及不同成分条件下的枝晶生长形态转化及显微偏析进行了研究.结果表明:在成分相同改变过冷度以及过冷度相同改变Nb含量两种条件下,随着无量纲过冷度U(U=ΔT/ΔT0,其中ΔT为过冷度,ΔT0为结晶温度间隔)的增大,两种条件下均出现枝晶形态由典型枝晶形态向球状晶形态转化,而枝晶显微偏析程度在两种条件下均呈现为先增大后减小的规律.

基于微束X射线荧光的铸轧7B05铝合金元素偏析研究

材料内部微观尺度上成分、组织结构控制精度低、波动大是制约高铁铝合金国产化进程的重要原因,因此从微观尺度上研究大尺寸铝合金成分均匀性至关重要。鉴于目前研究铝合金偏析的区域通常较小且不连续,定量统计方法过于简单。使用微区分辨率较高的微束X荧光与原位定量统计分布分析技术相结合的方法,从点、线、面、频度分布等方面对成分分布数据进行解析,研究了较大尺寸范围内铝合金成分偏析的规律。研究结果表明铸轧7B05铝合金截面中心层存在接近2 mm的偏析带,Al,Cr,Ti和Zr元素为正偏析元素,中心层含量比上下表面高,Cu,Fe和Zn元素为负偏析元素,中心层含量比上下层含量低;各元素含量分布的统计偏析程度整体较小,分布最均匀的为Al元素,统计偏析度最小为0.01%,Ti和Fe元素分布较不均匀,统计偏析度分别为0.81%和0.6%;Fe元素与Mn元素在面分布中出现较明显的点状偏析,这是由于铝合金铸造过程中经显微偏析形成的金属间化合物,在后续的热轧成型中破裂成多个连续排列的第二相所致。使用激光诱导击穿光谱法对该方法所得数据进行验证,结果显示在30 mm×6 mm尺寸范围内所测元素面分布与线分布结果与荧光结果趋势完全一致。综上所述,使用微束X荧光结合原位统计的方法,对铸轧7B 05铝合金点、线、面、频度分布及偏析程度的计算,可提供大量分析数据,对于量化研究大尺寸范围内轧板截面组织、性能的波动趋势具有重要意义。