定向凝固Al-38.5%Cu合金中Al_2Cu相的小平面特性

采用定向凝固技术,研究了Al-38.5wt%Cu合金中,Al2Cu相的生长行为。结果发现,在凝固速度较低时,过共晶Al-Cu合金中初生Al2Cu相形貌大部分有明显的拐角,观察其平面,有的呈矩形,呈现小平面生长特性,随着凝固速度的提高,初生Al2Cu相的结晶特性由小平面向非小平面转化;而α-Al相与Al2Cu相共生生长时,Al2Cu相择优生长特性消弱,与α-Al相耦合生长,呈现非小平面-非小平面生长。

定向凝固Al-38.5%Cu合金中带状组织的形成机理

在温度梯度为260 K·cm^(-1)和凝固速率为1μm·s^(-1)条件下,对Al-38.5%Cu合金凝固组织中存在的Al_2Cu单相和Al/Al_2Cu共晶相交替生长带状组织的形成机理进行了研究。结果表明:带状组织的产生与合金定向凝固界面前沿的溶质分布有关,形成的原因是合金未达到稳态凝固,凝固速率和合金成分一直处于变化之中;在单相和共晶相的带状组织中,合金凝固速率在单相中随着界面前液相溶质含量的增加而逐渐减小,而在共晶相中随着界面前沿液相溶质含量的增加而逐渐增大。

PF-LBM耦合模型下Al-Cu合金的枝晶生长和气泡形成

基于Shan-Chen多相流的格子玻尔兹曼方法模拟复杂多相流系统,探索气泡在液相中的生长和运动.研究了Al-4.0wt.%Cu合金在凝固过程中枝晶与气泡的相互作用,各向异性对凝固组织的影响以及枝晶与气泡共存时溶液密度的变化情况.结果表明:在定向凝固枝晶生长模型中,气泡先在枝晶底部析出,压差导致气泡上升,流动的过程中会与枝晶产生相互作用且会出现气泡合并与消失的情况,在枝晶间密集通道处大气泡会变成蠕虫形状.模拟区域的高长比会影响枝晶和气泡的生长情况,当高长比较小时更容易产生短而小的气泡,高长比较大时更容易产生蠕虫状气泡.在等轴枝晶生长模型中,气泡在枝晶间析出,随着枝晶的生长,气泡同样会发生合并与消失的情况,并且在受到挤压时发生形变.

微量钪对Al-3%Cu合金组织与性能的影响

采用硬度、拉伸性能测试、金相组织观察、扫描电镜与能谱分析以及X 射线衍射等方法 ,研究了微量稀土元素Sc对Al 3%Cu合金组织与性能的影响。结果表明 ,稀土元素Sc能够强烈地细化Al Cu合金的晶粒 ,改善枝晶网胞。微量Sc元素添加到Al 3%Cu合金中 ,合金的抗拉强度σb 和屈服强度σ0 2 均有所提高 (Δσ约为 30MPa) ,对合金的伸长率几乎没有影响 ;微量Sc元素添加到Al 3%Cu合金中 ,除部分固溶于Al基体中外 ,大部分与Al形成对合金起强化作用的Al3Sc共格相 ,对合金起强化作用 ,没有发现其他相 ,包括W (AlCuSc)相生成。

定向凝固Al-4.5%Cu合金枝晶组织与抽拉速率的关系

用自制下拉式定向凝固设备,在一定的温度梯度下,在20-220μm/s的抽拉速率范围制备定向凝固Al-4.5%Cu合金,并对其微观组织、特别是一次枝晶间距随抽拉速率的变化规律进行研究。结果表明:定向凝固微观组织随抽拉速率的增大呈细化趋势,其一次枝晶间距减小;当抽拉速率小于100μm/s时,枝晶间距随抽拉速率而减小的幅度较大;当抽拉速率大于100μm/s时,枝晶间距减小幅度较为平缓。在综合分析抽拉速率、界面生长速率、温度梯度等影响因素的基础上,推导出界面局域平衡条件下预测定向凝固次枝晶间距的理论模型,该模型能够较为准确地反映定向凝固一次枝晶间距随抽拉速率在100-220μm/s范围的变化规律,为定向凝固工艺获得特定组织而预先选配合适的工艺参数提供理论参考。

试样尺寸对定向凝固Al-4%Cu合金固/液界面特征的影响

采用定向凝固方法研究不同试样尺寸对Al-4%Cu合金凝固固/液界面特征的影响。结果表明:当凝固速率v=1μm/s时,小尺寸试样的平界面更加平直;当v=5μm/s时,随着试样尺寸的增大,界面形态分别为浅胞—深胞—初始枝晶,同时,试样边缘的组织比中心的组织更不稳定;在相同凝固速率下,小尺寸试样的温度梯度较大,促使界面稳定性提高;试样尺寸的增大引起径向温差增大,促进溶质流动,使试样边缘产生溶质富集,从而使平界面弯曲;由于试样中心排出的溶质大部分流向界面前沿糊状区的液相中,而枝晶糊状区的液相比胞晶的多,因而形成的枝晶界面弯曲程度比胞晶的小。

La对定向凝固Al-4.5%Cu合金热疲劳性能的影响

采用自约束热疲劳试验机,对加入La的定向凝固Al-4.5%Cu合金进行热疲劳性能试验。结果表明,加入适量La对定向凝固Al-4.5%Cu合金的热疲劳性能有不同程度提高,其中,加入0.3%La的热疲劳试样疲劳性能较佳,达到热疲劳裂纹萌生所需的热疲劳循环次数最多;通过热疲劳循环次数与主裂纹长度的动态关系图,发现热疲劳裂纹的扩展有别于一般由机械交变载荷造成的常温疲劳,呈现先快后慢,阶段性扩展。

试样尺寸对Al-4.5%Cu合金定向凝固组织和界面稳定性的影响

在传统Bridgeman方法下,利用Al-4.5%Cu合金内外同心嵌套试样,研究了自然对流对凝固过程及组织的影响。试验结果显示,温度梯度和抽拉速率均相同的定向凝固试样,尺寸较大试样的组织呈规则胞状或树枝状时,对应尺寸较小试样组织胞晶尖端发生分叉或杂乱树枝状,表明尺寸较小的试样液-固界面稳定性较差。较小试样尺寸限制了液相中自然对流致使溶质原子液-固界面处大量富集是凝固组织不规则与液-固界面不稳定的主要原因。

熔体热历史对Al-10%Cu合金组织和性能的影响

Al-Cu合金是工业上应用广泛的合金.为了提高Al-10%Cu合金的力学性能,研究了熔体过热处理和高低温熔体混合处理对Al-10%Cu合金组织和性能的影响.结果发现:过热处理和高低温熔体混合处理能细化Al-10%Cu合金的凝固组织、提高其力学性能.熔体在900℃下过热处理后,其抗拉强度和延伸率最大,分别为171.9MPa和2.87%.高低温熔体混合处理对合金组织和性能的影响明显强于熔体过热处理.高低温熔体混合处理后,Al-10%Cu合金的抗拉强度和延伸率分别被提高到231.9MPa和3.62%.

强磁场与交变电流的复合作用对Al-4.5%Cu合金凝固组织的影响

研究强磁场（0—10T）与工频（f=50Hz）交变电流（0-10A）的复合作用对Al-4．5mass％Cu合金凝固组织的影响。发现在施加垂直于磁场方向的交变电流时，会使电极间液态金属在电磁压力P作用下产生波动，导致合金凝固时枝晶组织的生长被打碎，出现等轴晶和颗粒状晶。在10T磁感应强度下，交变电流越大，波动越强，越易生成等轴晶和颗粒状晶；在10A交变电流下，磁感应强度增加到4T以后，等轴晶未随磁场的增加而完全转变成颗粒状晶；当P^→相同时，磁感应强度小的，容易出现等轴晶和颗粒状晶。

同步辐射X射线成像法原位研究Al-15%Cu合金柱状晶-等轴晶转变以及无轴柱状枝晶生长(英文)

利用上海光源同步辐射装置(SSRF),通过原位及实时探测研究Al-15%Cu合金定向凝固。结果表明:外部热扰动激发柱状晶-等轴晶转变(CET)。当固-液界面前沿的溶质边界层较薄时,枝晶尖端碎片的分离和漂浮是转变的前奏。而枝晶的三角尖端是断裂敏感区域。只要条件合适,一种新的枝晶形貌将孕育和长大。这种枝晶没有明显的主枝臂,称为无轴柱状枝晶。

交替变向电磁场对Al-5%Cu合金缩孔和缩松的影响

利用自行研制的交替变向电磁场凝固装置,采用对比实验方法研究了交替变向电磁场对Al5%Cu合金晶粒度、集中缩孔、分散缩孔和缩松以及致密度的影响规律及机理。结果表明:交变电磁场对Al5%Cu合金晶粒形貌和晶粒尺寸产生明显的影响;随着磁场强度的增加,合金晶粒形貌由粗大的柱状晶转变为细小的等轴晶,晶粒尺寸由30.2mm降低到0.2mm;在0.2T强场下试样集中缩孔相对深度缩小了10倍左右,分散缩孔和缩松数量明显减少,铸件的致密度提高了2.9%。

高纯Al-0.5%Cu合金的轧制织构

采用取向分布函数(ODF)研究轧制形变量对高纯A l-0.5%Cu合金织构的影响。结果表明,30%轧制变形量主要有{112}<351>,50%时{114}<110>织构,70%时出现了较强的铜式织构{211}<111>和{111}纤维织构,在形变量达到90%后,由于出现了剪切力,织构为非常强烈的旋转立方{001}<110>。分析A l-0.5%Cu合金的α和β线,发现随着变形量的增大,织构向C取向聚集。

超声波振动对Al-8.0%Cu合金抗裂性的影响

以Al-Cu合金为原材料,研究超声波对Al-8.0%Cu合金热裂倾向性的影响。结果表明,金属熔体经过超声波处理后,合金的抗裂力增大,热裂倾向明显降低,断口为沿晶断裂并且存在明显的液膜拉伸痕迹。

超声波对Al-1.0%Cu合金热裂的影响

试验研究了超声波对Al-1.0%Cu合金热裂倾向性的影响。结果表明,Al-1.0%Cu合金熔体经过超声波处理后,其抗裂力增大,热裂倾向明显降低。断口为沿晶断裂并且存在明显的液膜拉伸痕迹。

旋转磁场对Al-4.5%Cu合金凝固组织的影响

针对Al-Cu合金组织细化的问题,以Al-4.5%Cu为试验材料,采用控制变量法研究了旋转磁场激励电压、频率和换向时间对其凝固组织的影响。结果表明,旋转磁场对合金的凝固组织产生较明显的细化效果,使合金凝固组织中粗大的树枝晶破碎,呈现出近等轴晶颗粒,且分布也变得均匀。当激励电压超过60 V或换向时间超过60 s时,组织将变得粗大,当频率大于50 Hz时,组织变化不明显。较好的旋转磁场参数为激励电压为60 V、频率为25~50 Hz、换向时间为45~60 s。

强磁场作用下铸造Al-4%Cu合金时效析出的

研究了强磁场对Al-4%Cu合金时效析出的影响,采用显微硬度测试、X射线衍射以及电子探针等手段研究了材料的组织及性能。结果表明:在其他条件相同情况下,强磁场提高了材料的硬度,缩短了时效析出时间并且增加了晶界析出相的数量。强磁场作用于相变时引起的时效转变扩散系数的增加是以上变化的主要原因之一。同时,结果也表明在强磁场下时效析出时基体晶粒度、脱溶相形状及其排列方式无明显变化。

Al-5%Cu合金热处理工艺研究

随着电磁技术的发展,利用外加电场改变金属凝固组织和性能的方法越来越引起人们的重视。EPM处理技术更是以其操作简单、作用效果好、不污染金属等众多优点倍受关注。采用EPM处理来改善合金的组织与性能,不需添加额外的孕育剂或变质剂,且在生产过程中没有其它元素的加入,避免了金属液的污染,节省了变质剂,简化了操作过程,降低了生产成本,经济效益明显提高。当前的Al-Cu热处理工艺,传统的时效方法分为自然时效和人工时效。

叠片粉末冶金制备超细晶Al-4%Cu合金的组织与性能

以纯铝、铜粉末为起始原料,采用叠片粉末冶金技术路线,通过球磨片化、复合造粒与扩散合金化,制备出了高强塑性匹配的超细晶Al-4%Cu合金。利用XRD、SEM及TEM,表征了合金相形成、演变及微观组织,并与采用球形铝粉的传统粉末冶金技术制备的Al-4%Cu合金进行了性能对比。结果表明,叠片粉末冶金能够获得拉长超细晶组织,引入的Al2O3纳米相使拉长晶在热变形加工过程得以保留;叠片粉末冶金所制备的Al-4%Cu合金屈服强度为378MPa、抗拉强度达到527MPa,分别比传统粉末冶金提高26.4%和19.2%,同时保持14.2%的延伸率,实现了强度和塑性的均衡匹配,为高强韧大块铝合金材料制备提供了新思路。

脉冲电场对Al-4%Cu合金固溶组织及固溶工艺的影响

采用电脉冲处理技术作用于Al-4%Cu合金的固溶过程中,能够明显改善Al-4%Cu合金的显微组织,使时效析出过程中相界和晶界处的低熔点相含量明显减少,基体中的强化相(CuAl2)含量明显增多,并且分布更加弥散均匀,同时还能够显著优化Al-4%Cu合金的热处理工艺。在固态相变经典形核理论的基础上,讨论了其作用机理。