连铸过程中结晶器冷却速率对晶粒形态的影响研究

文章研究了在连铸过程中结晶器冷却速率对晶粒形态的影响。通过对不同冷却速率条件下的晶粒尺寸、晶粒取向以及晶粒形态的比较,揭示了结晶器冷却速率对连铸工艺中晶粒生长过程的调控作用。在此基础上,提出了优化结晶器冷却速率的建议,包括冷却速率调控的优化策略、新型冷却技术的引入以及结晶器冷却速率的综合优化。

激光增材制造高性能大型钛合金构件凝固晶粒形态及显微组织控制研究进展

简要介绍高性能大型关键金属构件激光增材制造的技术特点,总结本团队在高性能大型关键钛合金构件激光增材制造过程中,对凝固晶粒形态和显微组织控制的主要研究进展:发现了钛合金构件激光增材制造过程中熔池底部外延生长和顶部异质形核两种主要形核生长机制,建立了基于增材制造工艺参数及凝固条件控制的全柱状晶、全等轴晶和柱状晶-等轴晶混合组织等凝固晶粒形态主动控制技术;发现了激光增材制造双相钛合金构件高性能特种双态显微组织新形态,并建立其固态相变理论及显微组织主动控制技术。

倾斜板长度对ZL104合金半固态浆料晶粒形态的影响

采用自制的倾斜板冷却剪切装置制备ZL104半固态浆料,研究了倾斜板长度对半固态ZL104合金晶粒形态的影响.结果表明：倾斜板长度对ZL104合金组织内部剪切作用及物理冶金作用具有明显的影响,倾斜板长度在500～650mm区间内能够得到晶粒球化和细化效果较好的合金组织.其中在650mm得到的ZL104组织绝大部分晶粒等效直径在10 μm左右,形状因子在达到0.66和0.85以上时所占晶粒总数比例分别为47.14％和21.21％以上,具有较好的晶粒细小度及圆整度.

晶粒形态对HR3C耐热不锈钢时效脆性的影响

通过热锻+固溶处理制备了具有3种晶粒形态(细小、粗大和伸长)的HR3C钢,研究了其在700℃时效500~2000h后的显微组织、析出相形貌、硬度和冲击韧性,探讨了晶粒形态对其时效脆性的影响。结果表明:具有粗大晶粒的HR3C钢晶粒尺寸分布均匀,M_(23)C_(6)碳化物沿晶界连续析出,硬度及冲击韧度低,时效后呈脆性断裂;具有细小晶粒的HR3C钢晶粒尺寸分布均匀,M_(23)C_(6)碳化物在晶界呈链状分布,硬度和冲击韧度较高,时效后呈脆性和韧性混合断裂;具有伸长晶粒的HR3C钢晶粒尺寸分布不均匀,M_(23)C_(6)碳化物在晶界分布较不连续,硬度和冲击韧度高,时效后呈韧性断裂。

晶粒分布形态对焊趾短裂纹疲劳行为影响的模拟

焊接结构的疲劳裂纹常常萌生于焊趾局部。在复杂的冶金物理作用下,焊趾局部的微观晶粒尺寸及其分布形态呈现明显差异性。为了探究晶粒分布形态对焊趾短裂纹疲劳行为的影响,针对十字焊接接头试件,对焊趾局部的不同区域进行了金相检验,获得粗晶区和细晶区的平均晶粒尺寸,构建了虑及晶粒分布形态的二维代表性体积单元(RVE)模型,基于FIP参量和McDowell模型实现了不同晶粒分布形态对焊趾短裂纹的成核与疲劳扩展行为的模拟,结果表明,微观晶粒尺寸和取向是焊趾短裂纹成核行为的重要影响因素;晶粒分布形态对短裂纹的早期行为影响较小,但在裂纹扩展至某个阈值长度之后,影响逐渐显著;一般情况下,细晶到粗晶的过渡方式可降低短裂纹的扩展速率。

5A90铝锂合金Nd:YAG激光焊缝组织的晶粒形态与晶粒取向

采用Nd:YAG激光进行了5A90铝锂合金3 mm厚薄板对接接头的激光焊接试验,采用电子背散射衍射(EBSD)技术对水平面和横截面焊缝组织的晶粒形态及晶粒取向进行了研究。结果表明,5A90铝锂合金激光焊缝金属在熔合线附近形成了非常狭窄的等轴非枝晶区(non-dendritic equiaxed grain zone,EQZ),在焊缝的其余区域形成了晶粒取向随机分布的等轴枝晶组织。由于焊缝熔合线附近EQZ的存在,焊缝金属晶粒没有继承母材晶粒的取向而外延生长,而是形成了一种非联生结晶生长的模式。焊缝区等轴枝晶的非均匀形核质点来源于平衡四方相β(Al3Zr)粒子,等轴枝晶的形态取决于固液相前沿较高的成分过冷,5A90铝锂合金的成分及激光焊接工艺特点促进了非均匀形核。

晶粒形态、尺寸对Ag-28Cu-0.75Ni合金超细丝加工及电学性能的影响

为诠释柱状晶贵金属兼具优良超细丝加工性能及高电阻率的原因,采用水平连铸、水冷铜模铸造及石墨模铸造,分别获得了具有20μm×60μm柱状晶、10μm等轴晶、以及5μm表面细晶+长/径比约为3的柱状晶+30μm芯部等轴晶三晶区的3种Ag-28Cu-0.75Ni(质量分数,%,下同)合金棒材。研究了晶粒形态、尺寸对Ag-28Cu-0.75Ni合金超细丝加工性能及电阻率的影响。结果表明:与等轴晶和三晶区Ag-28Cu-0.75Ni合金棒材相比,柱状晶棒材由于其较低的位错密度(Ag相1.78×1015 m^-2、Cu相1.34×1015 m^-2)及最低的显微硬度变化率(33.3%)、铸态断口无解理台阶,表现出了最低的加工硬化率,且铸态轴向抗拉强度高达384.6 MPa,可实现长度100 m以上、直径0.05 mm超细丝高效不断丝加工;加工态及退火态的柱状晶Ag-28Cu-0.75Ni合金超细丝均表现出了较高的电阻率,经两次连续退火后电阻率高达3.68μΩ·cm,这与其较低的位错密度及最低的加工硬化率有关。

激光功率对3/4H SUS301和SUS316异种不锈钢激光点焊成形特征及组织性能的影响

采用准连续激光器对测力传感器的3/4H SUS301弹性体和SUS316支撑体进行异种不锈钢激光焊接,探讨了激光功率对点焊接头成形特征和力学性能的影响。研究表明,采用准连续激光模式,在脉冲时间为2 ms、激光功率为180 W至270 W范围内,弹性体焊后的角变形量随着激光功率的增大而增大,激光功率为270 W时弹性体焊后的角变形远低于传感器容许的变形量。当激光功率为210W时,在焊接界面处产生气孔缺陷,焊接功率增大至270 W时,在匙孔底部形成严重的气孔缺陷。焊缝内部以胞状晶方式生长,从熔合区两侧向焊缝中心生长为粗大的柱状晶,焊缝中心为等轴状的树枝晶,随着激光功率的增大,等轴晶区域的宽度减小。焊缝区承受较高的焊接热量使得焊缝区内形变组织发生不完全再结晶,致使形变诱发马氏体相变被抑制,α'马氏体含量降低。点焊接头的剪切力随着激光功率先增大后减小,当激光功率为250 W时,接头的剪切力达到最大值0.49 kN,远高于行业要求。

Ag-Sn低温过渡液相连接中Ag_3Sn晶粒的生长机理（英文）

低温过渡液相(TLP)连接是一种在宽禁带半导体互连领域极具应用潜力的高温电子封装技术。本文研究了Ag/Sn体系在不同温度下进行TLP连接时界面金属间化合物(IMCs)的生长机理。结果表明:Ag_3Sn晶粒主要呈扇贝状形态,而棱柱状、针状、中空柱状、板状和线状等形态也会产生;然而,随着保温时间的延长波浪状Sn/Ag_3Sn界面将变得更加平坦,分析表明这与晶粒粗化及基板Ag原子各向异性的扩散流有关;同时,在Ag_3Sn晶粒表面观察到大量纳米Ag_3Sn颗粒形成,它们形核长大于液相富Ag区,并在凝固过程中被Ag_3Sn晶粒吸附沉淀所致。在动力学方面,Ag_3Sn晶粒生长遵循抛物线规律,主要受到体积扩散控制,且250、280和320°C下生长速率常数分别为5.83×10^(-15)、7.83×10^(-15)和2.83×10^(-14)m^2/s,反应活化能为58.89 kJ/mol。

晶粒组织对Al-Cu合金应力腐蚀开裂行为及导电率的影响

通过研究和比较T3511态2224铝合金大尺寸Z字型断面不同位置的组织和应力腐蚀开裂行为,探讨了晶粒形态对抗应力腐蚀开裂能力和开裂方式的影响。结果表明,纤维状晶粒具有较低的应力腐蚀敏感性,在250 MPa应力下具有纤维状晶粒的试样52天断裂,而条状偏等轴晶粒试样的断裂时间仅为42天。条状偏等轴晶晶粒尺寸大且晶界为界面能较大的大角度晶界,晶界强度较低,应力腐蚀裂纹易沿着大角度晶界扩展。不同位置试样的开裂方式均为沿晶开裂,同时Z字型断面不同位置的导电率数值一直保持稳定。

应用CVD金刚石涂层工具研磨单晶蓝宝石

通过热丝化学气相沉积(HFCVD)法制备了具有球状晶结构、棱锥形晶结构和棱柱形晶结构等3种不同表面特征的化学气相沉积(CVD)金刚石涂层工具,以提高其研磨效率。通过正交实验法研究了金刚石涂层晶粒形态、载荷、工作台转速、研磨时间等4个工艺参数对蓝宝石材料去除率和表面粗糙度的影响。结果表明:金刚石涂层的晶粒形态对材料去除率和表面粗糙度影响较大;球状晶结构金刚石涂层切向力较小,棱柱形晶结构金刚石涂层切向力较大;选择棱柱形晶CVD金刚石涂层工具研磨蓝宝石,在研磨加工参数为载荷0.15 MPa、转速100 r/min、研磨时间3 min时,其材料去除率为0.397μm/min,表面粗糙度为0.354μm。结果表明:提出的CVD金刚石涂层工具可用于进一步加工、研磨蓝宝石切片,去除其表面划痕,从而改善工件表面质量。

022Cr25Ni7Mo4N双相不锈钢等温处理中的组织演变

研究经1100℃等温处理2~20 h后022Cr25Ni7Mo4N双相不锈钢的显微组织演变。观察钢中奥氏体晶粒形态变化并对其尺寸进行定量表征,测量铁素体/奥氏体两相中的元素含量变化,并探讨组织演变对实验钢中铁素体相体积分数的各向异性和低温冲击韧性的影响。结果表明:随着保温时间的延长,奥氏体晶粒发生聚集、长大、粗化现象,并伴随显著的晶粒形态变化,a/b值≥4.0时细长棒状晶粒体积分数从近20%骤降至5%以下,a/b值介于1.0~1.9的等轴晶粒体积分数显著上升的同时,尺寸≥20μm的晶粒体积分数快速增加。保温时间的延长使得Mo,Cr元素进一步向铁素体相扩散、富集,并提高铁素体相抗点蚀当量(pitting resistance equivalent number,PREN)值。细长棒状奥氏体晶粒比例的显著下降,是奥氏体体积分数各向异性改善和实验钢低温冲击韧性提高的主要原因。

电炉通电过热的金相鉴定方法

为了鉴别电炉在火灾之前是否处于通电过热状态,模拟正常使用和通电过热两种状态,获得在不同实验条件下的电炉样品,用金相显微镜对电炉丝的金相组织进行观察。结果表明,正常使用与通电过热状态下,电炉丝的晶粒尺寸和晶粒形态存在明显的特征区别,电炉丝的金相组织可以作为电炉在火灾之前是否处于通电过热状态的判定依据。

冷却倾斜管法制备铝合金半固态浆料的工艺参数研究

利用冷却倾斜管制浆工艺,采用正交试验设计方法制备了变形铝合金LY12半固态浆料。研究了制浆工艺参数对合金显微组织的影响,确定了最佳制浆工艺参数。结果表明:倾斜角度、浇注长度、浇注温度、结晶器预热温度对合金显微组织具有重要影响。本实验条件下的最佳制浆工艺参数为:浇注温度660℃,浇注长度500mm,倾斜角度60°,结晶器预热温度500℃。

丝材电弧增材制造TA15/TC11梯度结构材料的显微组织和力学性能

利用丝材电弧增材制造的方法制备从TA15过渡为TC11的梯度结构材料,并对该梯度结构材料的晶粒形态、化学成分、显微组织和力学性能沿沉积方向的变化情况进行表征和研究。结果表明,从TA15到TC11,晶粒尺寸减小,并且发生从柱状晶到等轴晶的转变。合金元素的含量在短距离内变化很大,突变区的宽度为800μm。TA15区域和TC11区域均呈现出α+β双相网篮状组织。随着从TA15到TC11的过渡,α板条变细,这导致显微硬度的增加。拉伸试验表明,界面处的结合强度高于TA15部分的纵向强度,界面处的横向伸长率高于TA15部分和TC11部分的横向伸长率。

镀铜玻璃衬底上柱状多晶硅薄膜的制备

采用热丝化学气相沉积方法在镀铜玻璃衬底上制备了柱状多晶硅薄膜。使用XRD、Raman光谱、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）等测试手段研究了灯丝与衬底间距（5～10mm）、灯丝温度（1800～1500℃）以及对应的衬底温度（在320～200℃变化）对多晶硅薄膜的微观形貌、结晶性及晶体学生长方向的影响规律。研究结果表明：在镀铜玻璃衬底上金属诱导生长的多晶硅薄膜具有较高的晶化率，较低的晶化温度，同时铜过渡层影响多晶硅薄膜的晶体学生长方向。

电弧增材制造Ti-6Al-4V钛合金在不同扫描策略下的初生β晶组织宏观形态演变

基于电弧增材制造的方法,研究了不同沉积方向及层间间隔时间对电弧增材制造Ti-6Al-4V钛合金直壁墙的宏观组织特征的影响。双向扫描和单向扫描分别获得了竖直生长和倾斜生长的柱状初生β晶组织。通过增加层间间隔时间至120 s获得了全等轴初生β晶组织。结果表明,底部的等轴初生β晶组织的形成是由于发生了再结晶。等轴初生β晶组织的晶粒大小同时受到热循环和再结晶两方面因素的共同作用。

不同形貌Er,Yb共掺六方NaYF_4的合成及上转换发光特性研究

利用水热法成功合成了不同形貌的稀土掺杂六方NaY0.95Yb0.03Er0.02F4,包括柱状、粒状、片状、管状等.通过XRD,SEM,TEM对合成样品的物相结构及晶粒形态进行了表征,探讨络合剂EDTA用量;表面活性剂CTAB,P123,十二烷基苯磺酸钠;热溶剂水、乙二醇、聚乙二醇对晶体生长方向的影响,并对不同形态样品进行上转换发光性能测试,分析晶粒形态对上转换发光强度与寿命的影响,结果显示晶粒越小发光强度越强,相当粒径的管状样品的发光强度比粒状的强,不同晶粒形态上转换的主要能量传递模式也不相同.研究结果可以指导我们可控合成适应实际应用需求的晶粒形态及优良上转换发光性能的材料.