各向异性界面动力学对深胞晶生长形态稳定性的影响

本文采用匹配渐近法和多重变量法,基于深胞晶生长的定常解,在考虑了各向异性界面动力学后,导出胞晶界面扰动振幅变化率满足的色散关系式及界面形态满足的量子化条件,研究在各向异性界面动力学的影响下定向凝固过程中深胞晶生长界面形态的稳定性.结果表明,考虑了各向异性界面动力学的深胞晶体生长的定向凝固系统包含两种整体不稳定机制:整体振荡不稳定机制和低频不稳定机制.通过稳定性分析发现,低阶近似下各向异性界面动力学对整体振荡不稳定机制有着显著影响,随着各向异性界面动力学参数的增大,中性模式产生强振荡的枝晶结构的整体振荡不稳定区域减小.同时,界面动力学各向异性参数对系统整体波动不稳定性的影响随着界面动力学参数的增大而增大.

超高温度梯度快速定向凝固的Cu-Mn合金胞晶间距

利用 5kWCWCO2 激光器对Cu 31.4 %Mn合金进行了一系列表面重熔实验 ,就激光束扫描速度对重熔区微观组织生长方向的影响和超高温度梯度快速定向凝固条件下胞晶间距选择规律进行了研究。实验结果表明 :熔池中微观组织的生长方向强烈地受激光工艺参数 (激光输出功率和扫描速度 )的影响。通过采用本实验的工艺 ,实现了与Bridgman法类似的超高温度梯度快速定向凝固 ,其温度梯度可高达10 6K/m ,速度可高达 2 4 .1mm/s。Cu 31.4 %Mn在超高温度梯度快速凝固条件下的胞晶间距存在一个分布范围。随生长速度的增大 ,胞晶间距减小。胞晶间距与生长速度的关系为 :λmax=1.2 5v-0 .61b ,λmin=4 .4 7v-0 .52b ,λ— =9.0 9v-0 .62b 。实验结果与快速凝固条件下枝晶生长模型 (Hunt Lu模型 )吻合。

定向凝固过程中胞晶生长方向顺流偏转机制的研究

本文利用透明模型合金ＳＣＮ０．７ｗｔ％Ｅｔｈ．，系统考察了定向凝固中强制性生长胞晶在垂直其生长方向的液相对流作用下形态向顺流方向偏转的机制。发现胞晶生长端前沿流场的不对称，形成其溶质分布的不对称，导致胞端两侧生长动力学因素的差异。

Al-4%Cu合金定向凝固枝晶/胞晶转变速率的研究

通过实验和理论对比研究Al-4%(质量分数)Cu合金定向凝固胞晶/枝晶转变过程,得到胞晶/枝晶转变发生在尖端半径变化的拐点处。采用KGT模型与非平衡效应研究与胞晶/枝晶转变过程相对应的高速枝晶/胞晶转变特征。结果表明:尖端半径和界面温度均随抽拉速率的增加而减小,到达临界值后又急速增大。枝晶/胞晶转变发生在尖端半径和界面温度的拐点处,即在尖端半径和界面温度最小时发生转变;溶质截留在枝晶/胞晶转变过程中作用明显,大大减小了微观偏析。

热输入对C300接头温度场及焊缝胞晶组织的影响

通过数值计算和组织观察,分析了热输入对马氏体时效钢(C300)钨极氩弧焊焊接接头温度场及焊缝胞晶组织的影响.结果表明,试验条件下,随着热输入的增大,熔深和熔宽均增大,深色腐蚀区(HAZ2,heat affected zone2)逐渐变宽并远离焊缝中心,上窄下宽的差异也将随之增大,760℃等温线距热源中心的距离基本符合r=0.465E+0.987(mm)关系式;胞晶尺寸随着热输入的增大而增大,基本符合λ2=3.324×E2/3(μm)关系式,小热输入情况下适用性高.最佳热输入不仅可以得到成形良好的焊缝,而且计算值与实测值吻合程度较高.

Al-0.53Zn合金近快速定向凝固条件下的胞晶间距选择

利用Bridgman装置考察了Al—0．53Zn单相合金在近快速定向凝固条件下的胞晶间距选择规律．结果表明：在给定的温度梯度下，随着生长速度的增大，定向凝固组织均为胞状晶，胞晶间距λ的分布存在一个较宽范围，其最大、最小及平均间距随生长速度v变化的实验规律可表示为：λmax＝948．51v(-0.4961),λmin＝661.16v-0.5015,KGT理论模型较好地预言了近快速定向凝固条件下胞晶平均间距选择的实验规律.台阶变速实验表明，胞晶平均间里的选择具有显著的历史相关性.

各向异性表面张力对深胞晶界面形态稳定性的影响

应用匹配渐近展开法和多变量展开法研究各向异性表面张力对定向凝固中深胞晶界面形态稳定性的影响,通过寻找定向凝固系统的模式解获得了深胞晶界面形态满足的量子化条件.结果表明,与各向同性的定向凝固系统中深胞晶界面形态稳定性比较,考虑各向异性表面张力的定向凝固中深胞晶生长界面形态也有两种整体不稳定性机制:整体波动不稳定性和低频不稳定性.随着各向异性表面张力的增加,中性模式产生强振荡的枝晶结构的整体波动不稳定性的不稳定区域减小,中性模式产生弱振荡的胞晶结构的低频不稳定性的不稳定区域增加.

苏云金芽胞杆菌cry26Aa和cry28Aa基因共表达可在芽胞外壁内侧形成伴胞晶体

苏云金芽胞杆菌幕虫亚种的伴胞晶体在预芽胞外壁内侧形成,呈现晶体芽胞粘连的现象。根据已发表的cry26Aa1和cry28Aa1基因序列设计引物,从苏云金芽胞杆菌幕虫亚种T02中扩增得到cry26Aa和cry28Aa基因,通过穿梭载体将这两个基因分别和同时转化到苏云金芽胞杆菌无晶体突变株BMB171后,透射电镜下可在芽胞外壁内侧和外侧同时观察到伴胞晶体,而单独表达时可在芽胞外壁外侧观察到伴胞晶体。结果表明,伴胞晶体在芽胞外壁内侧表达不单独依赖于启动子的时空调控,可能还受到晶体蛋白相互作用的影响。

各向异性界面动力学与各向异性表面张力的相互作用对定向凝固过程中深胞晶生长的影响

通过应用匹配渐近展开法和多变量展开法研究了各向异性界面动力学与各向异性表面张力的相互作用对定向凝固过程中深胞晶生长的影响.结果表明:当各向异性界面动力学与各向异性表面张力的偏好方向之间相差角度为θ_0时,θ_0会对深胞晶生长形态产生影响;当0≤θ_0≤π/4时,随着θ_0的增大,深胞晶的指状界面全长减小,深胞晶根部的深度减小,根部附近界面的曲率减小,而曲率半径增大;当π/4≤θ_0≤π/2时,随着θ_0的增大,深胞晶的指状界面全长增大,深胞晶根部的深度增大,根部附近界面的曲率增大,而曲率半径减小.

稳态胞晶生长控制方程的解析解及其传输行为

建立了稳态胞晶生长温度场数学模型。通过在复数域内应用分离变量法对控制方程进行求解,得到了问题的解析解。讨论了在某些特定情形下的能量传输特性。

钴铬镍合金铸造过程的边界条件和胞晶生长

采用ProCAST软件计算和实验对钴铬镍合金真空吸铸充型-凝固转变过程进行了研究。拟合分析了钴铬镍合金浇铸件的温度场和冷却速度规律,利用胞枝晶生长理论对实验结果进行了分析。结果表明,采用阶梯状铸件较好地拟合了合金铸件的温度分布及冷却速度规律。随着铸件厚度减小和铸件冷却速率增加,过冷度和晶胞生长速度增大,尖端半径减小,胞晶间距减小。

界面动力学参数对深胞晶界面形态整体波动不稳定性的影响

研究界面动力学对定向凝固中深胞晶形态稳定性的影响.应用多重变量法和匹配渐近法,通过寻找系统的模式解,导出了胞晶界面扰动振幅的变化率满足的色散关系,得到了界面形态的量子化条件.结果表明,考虑了界面动力学参数的深胞晶生长的定向凝固系统有两种整体不稳定性机制,整体振荡不稳定机制和低频不稳定性.稳定性分析表明,界面稳定性参数ε与胞晶相对参数λ_(0)有关,低阶时界面动力学参数M_(*)越大,中性模式产生强振荡的枝晶结构的整体波动不稳定性的稳定区域越大.

胞晶／枝晶列生长理论模型

胞晶／枝晶生长问题是凝固领域的经典问题之一，引科学家半个多世纪的研究兴趣，然而，由于所涉及问题的复杂性，直到人们才开始逐渐认清这一问题的本质。综述胞晶／枝晶生长的演变过程，并将其发展过程划分为三个不同的阶段。着重介绍由Ｈｕｎｔ等近期开发的胞晶、枝晶生长数值模型；阐明该模型是目前能较成功地描述胞晶／枝晶生长过程的理论模型。

单相合金定向凝固〈100〉晶向浅胞晶形态选择

采用透明模型合金丁二腈-0.88mol%丙酮进行定向凝固实验,通过平界面失稳到浅胞晶形成演化过程的实时观测,对单相合金定向凝固〈100〉晶向浅胞晶形态选择进行分析。结果表明,平界面首先发生长波长失稳;随着界面扰动幅度不断增大,长波长范围内平界面继而发生短波长失稳;而后凝固界面在维持长波长基本不变的情况下经较长时间竞争生长形成浅胞晶,其平均间距与界面短波长失稳时的波长相当。浅胞晶形态选择过程主要与平界面形态失稳的两个特征波长有关,且平界面失稳特征波长在凝固界面稳定性理论预言范围内,短波长靠近理论临界波长的下限,而长波长可由凝固微观组织特征尺度选择几何标度律确定。

各向异性表面张力对定向凝固中深胞晶生长的影响

利用匹配渐近展开法和多变量展开法求出定向凝固深胞晶生长的浓度场和界面形态的全局渐近解,研究各向异性表面张力对定向凝固深胞晶生长的影响.结果表明,各向异性表面张力对定向凝固过程深胞晶生长有显著的影响.随着各向异性表面张力增大,胞晶前端部分浓度减小而胞晶界面收缩;胞晶根部的浓度增大而界面曲率增大或根部的曲率半径减小,各向异性表面张力使得深胞晶界面振幅增加.本文结果能够计算定向凝固过程中深胞晶生长的浓度、界面形态.

用CA方法模拟界面能各向异性对胞晶生长形态的影响

用元胞自动机(Cellular Automaton,CA)模型研究了界面能各向异性对二维定向凝固胞晶的生长形态的影响,建立了判定胞晶生长达到稳态的判据.结果显示,当界面能各向异性强度非常小时,胞晶尖端很容易分岔,胞晶形态不容易稳定.而当界面能各向异性强度足够大时,容易形成稳定的胞晶形态,同时界面能各向异性强度会显著影响稳定胞晶的形态,界面能各向异性越强,稳态胞晶间距越小,胞晶尖端半径越小,尖端半径与胞晶间距的比值越小,固液界面前沿的浓度与过冷度越小.

切向流动作用下的胞晶定向生长机理研究

实时观测了切向流动作用下SCN-0.2%Salol透明合金的定向胞晶生长过程,研究了切向流动作用对胞晶间距调整的作用机理.实验发现,切向流动使得胞晶阵列发生顺流偏转,并且稳态平均间距随流速的增高而减小.分析表明,这主要是由于流动作用导致胞端失稳波长减小而引起.施加切向流动使得胞晶间距的调整过程中的分裂机理多样化.顶端分裂由均匀分岔转变为多枝分岔和不对称分岔;同时,胞晶迎流侧容易产生分枝,且分枝生长方向在流动作用下转变为与胞晶主干方向相同.胞晶的淘汰机理由静态条件下的弱势生长胞晶被相邻两侧胞晶淘汰转变为切向流动作用下的上游生长占优势胞晶淘汰下游弱势胞晶.

ACRT定向凝固过程非小面胞枝晶形态的演变

ＡＣＲＴ定向凝固技术是一种新型的晶体生长技术，已成功地应用于制备一些优质高效的功能材料。本文利用自行研制的透明模型合金ＡＣＲＴ定向凝固装置，实时实地观察了ＡＣＲＴ定向凝固过程中胞晶枝晶生长形态的变化过程。发现ＡＣＲＴ产生的对流减小胞枝晶一次间距，较高强度对流使胞枝晶生长转变为平界面生长，并会在本质上改变枝晶的生长特性。

Ti44Al合金胞/枝晶转变及其生长过程的数值模拟

采用基于溶质扩散控制模型CA方法对Ti44Al合金定向凝固初始阶段变速冷却过程中胞/枝晶转变过程进行了数值模拟．模拟结果表明,在胞/枝转变过程中,存在胞-枝混合生长区,在一些胞晶相邻面无二次枝晶生长．在给定的冷却速率下,枝晶臂间距大于胞晶臂间距；而在过渡区,枝晶间距达到最大．另外,晶核数量对柱状晶问距产生影响,随着植入晶核数量的增加,柱状晶间距非均匀化程度明显减小．出现过渡区的原因与枝晶生长所引起固/液界面前沿成分波动有关,模拟与实验结果吻合较好．