Fe-3.24%Si的状态方程和声速的第一性原理计算:地球内核Si元素的约束

硅(Si)被认为是地球内核的主要轻元素,但其在内地核中的含量仍然存在争议。为了探索内地核中Si的含量,应用第一性原理方法对Fe-3.24%Si(Si的质量分数为3.24%)进行了研究。构造了4种Fe-3.24%Si的超晶胞,研究了不同的晶胞大小和自旋对优化结构的影响。结果表明:在100 GPa以上,自旋对Fe-3.24%Si的密度无影响;而在100 GPa以下,考虑自旋时的计算结果更接近实验值。基于0 K下的声速、状态方程和相关热力学参数,计算了Fe-3.24%Si在内地核条件下的密度和声速。研究发现:Fe-3.24%Si的密度低于纯铁的密度,略高于内地核的密度;纵波声速及剪切波声速与纯铁的声速很接近,但均明显高于内地核声速,因此排除了内地核含有大量Si元素的可能性。

Fe-3%Si大尺寸合金单晶的制备及磁感系数的计算

以取向Fe-3%Si合金热轧板为原材料,采用二次再结晶法制备了尺寸大于200 mm的合金单晶。随机选取3个单晶样品剪切成7个与轧向成不同角度、尺寸为50 mm×50 mm的样品,分别对所选样品进行单晶定向,并对每个样品的横、纵向磁性能进行了测量。以单晶定向结果为依据,计算每个单晶在晶体学坐标架下的极角和辐角,提出了一种单晶磁感系数的计算方法,并基于该方法以单晶磁性能实测值及其在晶体学坐标架下的极角和辐角为输入条件,测算了Fe-3%Si合金单晶磁感应强度系数并验证了其可靠性。采用该方法对{110}晶面平行于板面的任意方向单晶的磁感应强度进行了计算,为开展多晶材料磁性能计算提供了理论依据。

Fe-3%Si合金薄带连铸板热处理过程层状异构组织演变的相场模拟研究

本研究基于Fe-3%Si合金铸轧板材组织特征,构建了不同类型柱状晶/等轴晶层状异构组织相场模型,实现了界面曲率为驱动力的情况下层状异构组织的高温粗化过程模拟,量化分析了层状异构特征对铸轧组织演化过程的影响规律。研究表明,由于晶粒长径比对晶粒尖端曲率的影响,当初始状态下柱状晶长径比较高时,在界面曲率的驱动下最终会形成等轴化的多晶组织;反之则等轴化程度减小。明确了不同类型异构组织演化特征,相同退火时间下组织的等轴化程度受其层状异构特征的影响,这一现象的本质是等轴晶通过自身演化引起柱状晶两端曲率变化,诱发柱状晶间的相互“吞噬”并发生等轴化,柱状晶则在部分结构的组织中生长至带钢表面后停止生长,最终保持柱状特征。本研究进一步加深了对铸态薄带中初始凝固组织在后续热处理时演化过程的认识,对硅钢制备工艺优化具有重要的理论指导意义和实际应用价值。

喷嘴尺寸对Fe-6.5 %Si高硅钢薄带组织和性能的影响

研究了快速凝固单辊甩带过程中喷嘴尺寸(Φ2 mm、Φ1.5 mm、Φ1 mm和Φ0.7 mm)对Fe-6.5%Si高硅钢薄带组织和性能的影响。结果表明,随着喷嘴尺寸的减少,有序相减少,薄带的连续长度明显提高,而薄带的厚度和宽度减小,晶粒尺寸减小,显微硬度也随之减小。薄带饱和磁化强度(M s)随着喷嘴尺寸的减小逐渐变小,而矫顽力(H c)逐渐变大,但磁性能总体变化不大。在Φ1 mm喷嘴下制得的高硅钢薄带质量较好。

粉末冶金Fe-6.5wt.%Si高硅钢的热变形行为及组织演化

采用物理模拟手段研究了不同变形条件下粉末冶金Fe-6.5wt.%Si高硅钢的热变形行为,并利用金相显微镜(OM)和电子背散射衍射(EBSD)技术分析了合金热变形过程中的组织演化。结果表明:基于Zener-Holloman参数和线性拟合方法建立的本构方程能够很好地预测合金的高温变形行为;基于动态材料模型构建的热加工图能够为合金的热变形提供适宜的工艺窗口;粉末冶金Fe-6.5wt.%Si高硅钢在高温变形时的主要软化机制为动态再结晶和动态回复。变形温度的升高和应变速率的降低有利于合金的再结晶形核和长大。变形后铁素体相形成<100>//ND和<111>//ND丝织构,且随着变形温度升高,<111>//ND织构增强。

Cu和La对电弧熔炼Fe-6.5%Si合金凝固组织及磁性能的影响

研究了微量Cu、La对Fe-6.5%Si(质量分数)高硅钢的凝固组织及磁性能的影响。采用XRD和扫描电镜分析了合金组织相组成和结构,采用高低温振动样品磁强计测定了磁性能。结果表明,添加Cu、La抑制剂的Fe-6.5%Si合金铸锭显微组织大致分成了3层,从试样底部到顶部,析出相形貌依次为细晶、柱状晶、等轴晶。添加Cu、La抑制剂显著细化了Fe-6.5%Si合金显微组织,添加0.05%Cu合金显微组织由粗大的柱状晶转变细长枝状晶粒,添加0.03%La后合金晶粒均匀细化。添加Cu元素,合金饱和磁化强度不变,矫顽力增加;添加La元素,合金饱和磁化强度降低,矫顽力增加。

粉末轧制法制备Fe-6.5%Si硅钢片的研究

采用粉末轧制法制备了Fe-6.5%(质量分数)Si硅钢片,并对其密度、物相组成和磁性能进行了测试分析。研究表明:在一定的轧制成形和烧结条件下,所制备的Fe-6.5%Si硅钢片的饱和磁感应强度Bs为1.8T;高频铁损W2/10k为69W/kg。

退火过程中Fe-6.5%Si冷轧薄板组织及织构的演变

观察分析了Fe-6.5%Si合金冷轧前后及在不同再结晶退火过程中的组织、织构及有序结构的特点及其演变规律,用以分析织构形成机制及其影响因素。结果表明,间隙溶质原子偏聚于{110}面的概率大于{112}面,明显提高位错在{110}面滑移的临界分切应力;代位溶质原子有可能同步提高{110}和{112}面的临界分切应力,降低这两面的临界分切应力差;因此溶质原子都会导致{112}面更活跃的滑移和更强的{100}<110>冷轧织构。退火过程中{111}<112>取向晶粒易于长入{001}<110>和{112}<110>取向形变晶粒,使{111}<112>再结晶织构增强。冷变形会降低合金的有序化程度;D03有序化过程的二级相变特点使之在退火加热过程中先于再结晶出现,再结晶之前的回复会促进有序化过程。

Fe-3%Si钢CSP工艺轧制的热模拟试验

针对Fe-3%Si钢,根据CSP生产线的工艺特点,模拟现场CSP工艺条件进行加热、轧制和卷取热模拟试验,采用Gleeble-1500D热模拟试验机研究Fe-3%Si钢在模拟CSP工艺热轧过程中的再结晶行为。结果表明,道次压下量为45%-40%-40%-20%-35%-35%的压下工艺条件下,获得的晶粒尺寸较为细小,动态再结晶完成较好;随着卷取温度的提高,晶粒平均尺寸减小,且卷取温度在650℃时,晶粒相对均匀。研究结果可为CSP工艺取向硅钢热变形行为的研究提供试验依据。

Fe-66.7%Si合金液滴落管实验的动力学和传热学计算

从动力学和传热学角度对Fe-66.7%Si(原子分数)合金液滴在充入不同种类和压力保护气体的落管中下落的运动过程和温度变化情况进行了计算分析.从重力水平和熔体冷却速率等方面对该合金液滴落管凝固实验的保护气体种类和压力选择进行了讨论.

电化学还原法制备Fe-6.5%Si薄板

介绍了高温熔盐电沉积技术的特点及硅的沉积历史。在FLNAKNa2SiF6熔盐体系中,以低硅钢片Fe3%Si薄板为阴极,控制温度和电流密度,以电化学还原法沉积硅,然后在1050℃下利用高温扩散退火均匀化处理,制得成分均匀的Fe6.5%Si薄板。对熔盐电沉积过程中的工艺因素进行了讨论,指出了熔盐电化学还原方法是制备Fe6.5%Si薄板的一种新方法。

Fe-6.5%Si高硅钢的性能及制备技术

Fe-6.5%Si高硅钢是一种具有高磁导率、低矫顽力和低铁损等优异软磁性能的合金,但是其室温脆性和低的热加工性能严重影响了其在工业领域的应用。综述了Fe-6.5%Si高硅钢的性能,评述了合金的改性法、特殊轧制法、快速凝固法、沉积扩散法、粉末冶金法等制备工艺。

硅元素对Fe-(4.5～7.0)%Si高硅钢组织和性能的影响

通过Axio Imager金相显微镜考察4.5％～7.0％硅（质量分数）对高硅钢材料组织形貌的影响,并利用Fe-6.5％Si高硅钢薄板制备方法对其进行轧制,通过DDL50电子万能试验机对阶段产品进行力学性能测试.结果证明,硅含量为5.58％的高硅钢在实验硅含量区间内存在最大延伸率及最小铸态组织晶粒尺寸.

Fe-6.5%Si硅钢片交流磁性能的研究

对分别采用粉末轧制法和化学气相沉积法制备的Fe-6.5%Si硅钢片在交流磁场(Bm=0.2～1.0 T,f=50～5 000 Hz)下的铁损、矫顽力和振幅磁导率进行了研究,采用幂函数对测试数据进行拟合,比较其交流磁性能随磁感应强度和频率的变化趋势。结果表明,试样的矫顽力和铁损与磁感应强度的相关性均大于其与频率的相关性;Fe-6.5%Si硅钢片的交流磁化过程和性能与其本征特性密切相关;两类试样初始磁化过程的差异随着频率的提高而增大。

高能球磨制备Fe-6.5%Si合金微粉的研究

Fe-6.5%Si(质量分数)合金具有优异的软磁性能,是高频电机铁芯的理想材料。采用高能行星球磨法制备了Fe-6.5%Si合金微粉。利用激光粒度分布仪、扫描电镜以及X射线衍射仪分别观测了球磨过程中粉末粒度、形貌及结构的变化。结果表明,随着球磨时间的延长,颗粒不断细化,但细化速度逐渐减小;Fe-6.5%Si合金在氩气保护下高能球磨过程中成分稳定,球磨产物为具有亚微米结构的过饱和固溶体;当球磨罐中装料量(mp=100g)一定时,理论计算和球磨实验得出最佳球料比为10∶1。

有序度与残余应力对Fe-6.5%Si合金塑性变形性能的影响

为了进一步提高Fe-6.5%Si合金的塑性变形性能,以1100℃保温1 h油淬处理后的Fe-6.5%Si合金为对象,重点研究了不同回火温度和保温时间下合金的有序结构回复和残余应力松弛行为及其对三点弯曲力学性能的影响。结果表明,合理的回火处理工艺可在有效抑制有序结构回复的情况下显著松弛合金的淬火残余应力,进而提升淬火试样的塑性变形性能。300℃回火60 min、400℃回火10 min和500℃回火10 min试样的最大弯曲断裂挠度与淬火态试样相比分别提高了20.7%,31.3%,21.8%。合金塑性变形性能提高的原因与回火处理导致合金无序-有序结构回复以及试样表面微观残余应力的松弛有关。以400℃回火处理保温10 min为例,合金试样的有序相畴尺寸由淬火试样的20~200 nm提高到50~300 nm,表面残余拉和压应力分别降低了16.5%和19.4%。

Fe-6.5%Si高硅钢铁芯与Epstein Square标准单片铁损检测结果对比及数据差异分析

作为一种具有优异高频铁磁性能的合金,Fe-6.5%Si(质量分数)高硅钢在高频工况条件下降损效果明显,对电气行业应用器件高频化、小型化、节能等具有十分重要的意义。通过与取向硅钢测量B-P数据对比,验证了高硅钢高频超低损特性,且轧制高硅钢与日本CVD法生产高硅钢存在基本相同的铁损值。采用国标Epstein Square法对0.30mm高硅钢薄板进行单片测试,并对由0.30mm高硅钢薄板首次装配成的电感器进行铁损测试,对比测试结果表明,元件测试与单片测试数据基本吻合,高磁感应强度条件下,元件测试结果略低于单片测试,分析原因为:线圈引起励磁压降;元件叠片间出现短路,电流增大,损耗增加;气隙板厚度过大。

添加Ce的Fe-4%Si合金中稀土夹杂物的热力学预测与表征

利用FactSage软件系统的Phase Diagram和Equilib模块对Ce质量分数为0.0233%的Fe-4%Si合金中的Ce夹杂物进行热力学预测,结果表明:实验合金在凝固及随后的冷却过程中形成的大量稀土夹杂物是Ce2O2S,还有少量的Ce2O3和Ce2S3.通过EBSD相鉴定对实验合金中的Ce夹杂物进行大量表征,证实了热力学预测.研究结果为添加Ce形成的稀土夹杂物对δ铁素体异质形核效用的研究提供了重要的实验基础.

磷酸浓度对Fe-6.5%Si磁粉芯组织及磁特性的影响

摘要：通过扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、差示扫描量热仪（DSC）、傅里叶红外光谱仪（FTIR）、综合物性测量系统（PPMS）及软磁交流测量装置对Fe-6．5％Si磷化粉末及其磁粉芯的结构和磁特性进行分析。结果表明：在不同的磷酸浓度条件下，粉末表面均可获得覆盖均匀的FePO4薄层；磷化粉末在550℃左右发生FePO4晶化反应，在1000℃左右发生Si02合成反应。随磷酸浓度增加，包覆层厚度从3～5μm增加到10μm左右，粉末的饱和磁化强度逐渐降低；磁粉芯600℃退火后的物相结构为α-Fe（Si），FePO4，Fe2O3混合相，其微观应变在磷酸浓度为0．15g／mL时达到最低值；随磷酸浓度增加，磁粉芯有效磁导率下降，而总损耗、磁滞损耗和涡流损耗均呈先降低后升高的趋势，在0．15g／mL磷酸浓度时达到最低。

Fe-6.5%Si合金冷轧薄板的冲压性能

Fe-6.5%Si合金具有高电阻率、高磁导率、低铁损等优异软磁性能,但其室温脆性严重影响了该合金在工业领域的应用。利用逐步增塑法,通过传统工艺及设备成功制备出0.3mm厚的冷轧板,并对其进行了从室温到250℃的拉伸及冲压实验。该冷轧板在100℃以上时具有一定的拉伸塑性,有韧窝断口出现,冲压结果表明最合理的冲压参数为:模具间隙0.04mm、冲压温度150℃。