电磁复合场制备匀质Zn-Bi偏晶合金的物理模拟

本文通过物理模拟的方法研究了强磁场复合交变电流作用对过偏晶合金凝固组织的影响机理,考察了电磁复合场下第二相初生液滴直径的演变规律,以及洛伦兹力作用下已分层少数相被"打碎"进入基体相的过程.结果表明:电磁体积力的增加,有利于液滴初始直径的减小;而交变电流频率的影响存在最佳值,偏离该值对初生液滴直径的抑制效果下降,这与实际试验规律一致;在电磁复合场作用下,已经分层的两液相可以重新实现均匀混合.这些效应有效缓解了偏晶合金凝固前第二相由于各种因素导致的偏聚,模拟结果直观地揭示了电磁复合场制备匀质偏晶合金的主要机理 关键词： 电磁复合场 偏晶合金 物理模拟     

电磁交互场对Al-合金凝固组织的影响研究

将在坩埚中熔融的Al-Cu合金在冷却凝固的过程中加入旋转磁场和脉冲电流的交互场,研究Al-(4～5%)Cu合金在复合场作用下的微观组织的变化.结果发现旋转磁场和脉冲电流的交互场对合金的凝固组织产生明显的细化作用.从组织细化效果来看,存在一个最佳的电磁参数配匹,100 V磁场-100A-300Hz-100μs的电脉冲使粗...     

铸锭凝固组织对相应非晶合金晶化过程中二十面体准晶相形成动力学的影响

通过在真空电弧熔炼炉内对合金铸锭进行反复熔炼处理，获得到了凝固组织不同的Zr₆₅Al_7.5Cu_12.5Ni₁₀Ag₅合金铸锭.在相同的制备条件下，由凝固组织不同的合金铸锭通过吸铸法制备得到了薄片非晶合金.利用差示扫描量热法(DSC)对非晶合金的晶化动力学进行了分析.x射线衍射谱表明，在Zr₆₅Al_7.5Cu_12.5Ni₁₀Ag₅非晶合金晶化过程中，二十面体准晶相(I相)作为初生相析出.Kissinger分析结果表明，合金铸锭的凝固组织细化，相对应的非晶合金发生晶化时，I相形成与分解的有效激活能都增大，说明非晶合金及析出的I相的热稳定性都提高.从结构的遗传性角度就合金铸锭凝固组织对相应非晶合金晶化过程中二十面体准晶相的形成动力学的影响进行了讨论. 关键词： 二十面体准晶相 晶化动力学 凝固组织     

静磁场复合电流下时效对Cu—Cr—Zr合金组织及性能的影响

本文在经过固溶和冷变形处理Cu—Cr-Zr合金的等温时效过程中同时施加电流密度为100A／cm2的直流电流和不同磁感应强度的静磁场,发现电磁复合场能显著影响Cu—Cr-Zr合金的组织及性能．和无磁场下时效后合金性能相比,施加磁场后的合金电导率和显微硬度值均有一定程度的升高,其中在350℃,10T磁场下效果最明显,分别升高了22．1％IACS和25．3HV．利用透射电镜观察显微组织观察发现,施加磁场后合金组织中位错密度有所降低,同时出现了大量细小弥散的铬析出物,表明电磁复合场能进一步促进铜合金的时效过程,在低温时效时尤其明显．分析认为,电磁复合场对Cu-Cr-Zr合金时效过程的促进作用机理是磁场增强了电流的“电子风”效应．     

电磁复合场对Zn-10 wt%Bi过偏晶合金凝固组织的影响

以Zn-10 wt%Bi的过偏晶合金作为研究对象,在强磁场条件下,考察了不同电磁体积力对其显微凝固组织与凝固过程的影响.实验结果表明,在一定的强静磁场下,当交变电流增加到某一特定值时(交变电流频率为50 Hz),得到的凝固组织最为均匀,第二相颗粒直径也达到最小;在固定交变电流值的条件下(交变电流频率为50Hz),Zn-10 wt%Bi合金的凝固组织随着磁感应强度的增加,其偏析程度、弥散程度和第二相Bi颗粒的大小都有明显的改善.实验分析结果表明,磁场复合交变电流产生的电磁体积力的大小,对合金凝固组织都有显著影响,通过控制磁感应强度和交变电流大小,从而获得较为理想的过偏晶合金凝固组织.     

基于体积平均法模拟铸锭凝固过程的可靠性分析

采用欧拉方法和体积平均思想,建立了以液相为主相、等轴晶和柱状晶视为两类不同第二相的三相模型,耦合凝固过程质量、动量、能量、溶质的守恒方程和晶粒的传输方程.以Al-4.7 wt.%Cu二元合金铸锭为例,模拟了合金铸锭二维的流场、温度场、溶质场、柱状晶向等轴晶转变过程以及等轴晶的沉积过程,并将模拟的铸锭组织和偏析结果与实验所得结果对比.温度场、流场和组织的模拟结果与理论基本一致,但由于模型没有考虑收缩以及浇注时的强迫对流,导致铸锭外层的偏析模拟值比实测值低,内层的模拟值比实测值高.所以收缩和逆偏析在模拟中是不可忽略的,这也是本文模型的改进方向.另外在所得模拟结果的基础上分析了体积平均法计算铸锭凝固过程的优点和不足之处.     

微观组织结构对铂钴永磁合金磁性能的影响

系统研究了Pt-Co合金磁性能与其微观组织结构间的关系.合金铸锭的X射线衍射结果表明：熔炼后的Pt-Co合金铸锭沿冷却方向存在明显的织构;扫描电镜照片显示合金的组织结构为柱状晶结构,柱状晶的生长方向平行于冷却方向;合金铸锭经塑性变形和再结晶处理后柱状晶组织消失,电镜照片显示处理后的合金晶粒尺寸变小且均匀;对不同组织结构的Pt-Co合金磁性能的测试结果表明,经塑性变形及再结晶处理后合金的磁性能有了明显提高,说明该合金中晶粒尺寸和取向是影响其矫顽力的重要因素. 关键词： 铂钴永磁合金 磁性能 织构     

强磁场对Mn-Sb包晶合金相变及凝固组织的影响

以Mn-56.5 wt%Sb包晶合金为研究对象, 进行了不同磁场、不同冷速条件下的凝固实验. 通过对液相线温度、包晶温度的考察, 发现强磁场可以提高Mn-56.5 wt%Sb合金的液相线温度, 且该上升值随磁感应强度的增加而增加, 当所施加的磁感应强度为11.5 T时, 液相线温度升高大约3 ℃, 但施加磁场后包晶反应温度没有明显改变. 对该合金的凝固组织进行定量金相分析发现, 施加磁场后MnSb相明显减少, 该结果与磁场对相变温度的影响相一致. 另外通过X射线衍射分析发现, 强磁场诱发包晶反应生成相MnSb的c轴垂直于磁场方向取向, 而Mn₂Sb相的(311)面平行于磁场方向取向. 对不同冷速凝固的Mn-56.5 wt%Sb合金组织进行定量金相分析结果显示, 强磁场对合金凝固过程的作用效果受到冷却速度的影响. 随着冷却速度的增加, 强磁场对该合金凝固组织中MnSb相的相对含量变化影响效果减弱. 关键词： 强磁场 包晶合金 凝固 相变温度     

强磁场复合交变电流作用下Zn-30wt％Bi偏晶合金的凝固

研究了强磁场复合不同强度和不同频率交变电流对Zn-30wt%Bi合金凝固组织的影响规律.结果表明：在25℃/min的冷却速率下,只施加交变电流无法抑制该合金的分层比重偏析;而单独施加纵向强磁场对合金的偏析有一定的改善作用;如果同时施加纵向强磁场和工频交变电流,在产生的交变洛仑兹力的作用下,合金的分层比重偏析基本得到抑制;增加电流密度、磁场强度和交流电流频率均有利于合金凝固组织的改善.但对上述三个参数而言,均存在一个最佳值,偏离该最佳值时,均难以获得均质的偏晶合金组织.从电磁场动力学角度探讨了复合场影响偏晶 关键词： 强磁场 偏晶合金 重力偏析 低冷却速度     

Mn-Cu系高阻尼合金的凝固组织控制及阻尼特性的改善

Mn-Cu系阻尼合金兼有较高的阻尼特性和良好的力学性质,因而具有较大的实用前景.这类合金通常经过铸造,塑性加工和热处理来获得要求的性能和组织.加工后的Mn-Cu合金存在一个特定温度,在此温度以上合金的阻尼性能将会消失,因而影响了合金的在较高温度下的使用.该温度和合金的Mn含量有关,然而提高合金的Mn含量有会降低合金的加工性及力学性能.一般Mn-Cu合金的热处理都是利用400℃附近的时效来获得相分解后的局部高Mn组织.但是目前的时效处理后的Mn-Cu阻尼合金的最高使用温度只在80℃以下.为解决Mn-Cu阻尼合金使用温度的局限性,本研究选用凝固过程控制的方法在铸造组织中来获得较大幅度的Mn含量分布,从而在Mn-Cu合金得到较高的高阻尼特性温度.本工作利用铸型温度控制的方法,将M2052(Mn-20Cu-5Ni-2Fe)合金在250～0.1 K/s冷却速度范围内控制凝固.随凝固冷却速度的降低在合金的铸态组织中观察到二次枝晶间距和晶粒尺寸的明显增大.同时还发现缓冷凝固的合金的成分比快冷凝固有较大的分布幅度.铸态下的合金阻尼性能评价也证实了凝固冷却速度对合金的凝固组织有很大的影响.尽管铸态组织的合金的高温阻尼性能并没有很大的改善,然而通过对铸态组织实施时效处理后发现缓冷凝固合金的高温阻尼性能有很大的改善.凝固冷却速度对时效处理后合金的阻尼性能有明显的影响.实验结果表明0.1 K/s的冷却速度下缓慢凝固的合金在时效处理后高阻尼特性可持续高达120℃.     

氩气流量对多晶硅定向凝固炉热场的影响

耦合求解了多晶硅定向凝固炉内热传导、热辐射、熔体和氩气热对流等各种耦合换热,比较分析了不同氩气流量下定向凝固炉内部热场分布和硅熔体流动结构。结果表明,当氩气流量增大到一定值时,氩气流对凝固过程中硅熔体流动和热输运的影响显著增强。     

强磁场对Al-Si合金凝固组织中硅分布的影响

为了揭示强磁场对金属凝固组织的影响规律，本文研究了Al-14.98%Si(质量分数)和Al-9.2%Si(质量分数)合金在强磁场作用下凝固组织的变化趋势，分析了强磁场对合金凝固组织中Si分布的影响.研究发现，均恒磁场和梯度磁场分别通过洛伦兹力和磁化力的作用对合金的凝固组织产生影响，强磁场可以显著改变初晶硅在合金中的分布状况.在均恒磁场作用条件下初晶硅在合金中均匀分布；在梯度磁场条件下，由于磁化力和浮力的共同作用，初晶硅在试样的上部或下部聚集.同时，磁化力也改变了共晶体在合金中的组织形态，使试样上部和下部共晶体的层片间距明显不同.理论和实验分析表明，Al-Si合金在强磁场中凝固时，磁场能作用于凝固过程，使共晶体中的Al含量增大，共晶点向左偏移. 关键词： 强磁场 凝固过程 共晶组织 Al-Si合金     

功率超声对Al-Si合金凝固过程中溶质偏析的抑制效应

研究了功率超声作用下，直径为10 mm Al-1%Si合金键合线水平连铸坯的微观组织形貌以及溶质元素在基体中的分布情况.实验结果表明：在功率超声作用下，铸坯的凝固组织得到了细化，Si元素在α(Al)基体中的固溶度及其分布的均匀性得到了提高，溶质偏析得到了抑制.从功率超声对Al-1%Si合金凝固过程中的溶质扩散，结晶温度间隔，液穴形态，温度场和流动场以及合金微观组织形貌的影响出发，尝试性地对功率超声抑制溶质元素微观偏析的机理进行探讨性的解释和说明. 关键词： 功率超声 水平连铸 Al-1%Si合金 溶质偏析     

强脉冲电磁场对金属凝固组织影响的研究

提出了用强脉冲磁场和电流细化金属凝固组织的新工艺.与未经磁场或电流处理的凝固样品相比,强脉冲电磁场能够显著地改善LY12铝合金的凝固组织,使晶粒明显细化、球化;电磁场的强度愈强,这种改善效果愈明显.对该新工艺的细化机理进行了理论分析,同时,指出了实验中的新现象和新问题. 关键词：     

考虑固相移动的大尺寸钢锭宏观偏析数值模拟

以欧拉方法和体积元平均技术为基础,建立考虑固相移动的大尺寸钢锭宏观偏析数学模型.研究了纯自然对流和包含固相移动两种情况下宏观偏析形成的模式,分析了临界固相分数和固相密度变化对宏观偏析形成的影响.计算结果表明：无论是否考虑固相移动,A型偏析形成机理是侧壁形成的固相与底部形成的固相之间形成狭窄的补缩通道,此通道内溶质富集且流动不顺畅,最后形成了高成分区域.增大临界固相分数会导致A型偏析带和底部负偏析的加剧.固相密度的增加会引起底部负偏析和顶部正偏析的偏析程度增大,但A型偏析带的长度不随固相密度的增加而增长.将模拟结果和实验结果进行对照,验证了模型的准确性. 关键词： 宏观偏析 固相移动 A型偏析形成 数值模拟     

Relationships between mechanical strength and electrical conductivity for Cu–Ag filamentary microcomposites

Cu–Ag filamentary microcomposites with various Ag contents, alloying additions and ingot annealing processes were prepared by vacuum casting and cold drawing. The strength and conductivity were measured at different drawing strain degrees. High conductivity tends to connect to low strength for the microcomposites with different Ag content, alloying addition and annealing process. Increasing Ag concentration, adding constituents Zr and Cr, or using low ingot annealing temperature can improve the strength but impair the conductivity. Alloying additions or ingot annealing processes affect the relationships between the strength and conductivity more significantly than that of Ag concentration. The strengthening benefit is mainly from interface obstacle and dispersive precipitation while conducting loss is mainly from lattice distortion and interface scattering. An approximate expression to predict the relationships between the strength and conductivity is deduced from the interface strengthening and scattering model. PACS 07.55.Db; 62.20.-x; 72.15.-v; 81.05.Bx; 81.20.Hy     

Microstructure and age characterization of Cu-15Ni-8Sn alloy coatings by laser cladding

The present work has investigated the influence of direct aging treatment on the precipitation sequence and properties of the Cu-15Ni-8Sn alloy coatings prepared by laser cladding. The experimental results show that the tendency of Sn segregation in the conventional Cu-15Ni-8Sn solidification microstructure is effectively relieved. Before aging, there are only two phases in the coating: the α-Cu solid solution dendrites with 7 wt.% Sn solubility, and a small fraction of Sn-enriched δ-phase at the interdendrites in rapid solidified microstructure. After the coating was directly aged at 370 °C without traditional solution pretreatment, the α-Cu solid solution dendrites experience precipitations in the order of pure spinodal decomposition, DO₂₂-ordered structure and discontinue γ-DO₃. The microhardness of the coating treated by direct aging reached 390 HV 0.5, which was higher than that treated by conventional solution and aging process owing to the solidified fine grains and hardening effect of spinodal decomposition. In addition, the Sn-enriched δ-phase at the interdendrites also decomposes to laminar discontinuous precipitated γ-DO₃ phase after aging. Precipitation sequence and properties of the clad coatings change obviously during the direct aging treatment.     

Behavior of Sustained High-Current Arcs on Molten Alloy Electrodes during Vacuum Consumable Arc Remelting

Vacuum consumable arc remelting is a casting process carried out in a vacuum with the aim of remelting the consumable electrode in such a way that the new ingot has improved chemical and physical homogeneity. The power which causes the melting is supplied by a vacuum arc burning between the electrodes. In order to determine the furnace partitions of electrical power and current, experiments were conducted on molten-faced round electrodes. The quasi-steady melt rate was determined for both horizontally opposed 15-cm-diameter Ni electrodes and for vertically suspended 40-cm-diameter Inconel 718 electrodes. The cathode thermal power is directly proportional to the melt rate which, for the horizontally opposed electrode experiment, agrees to within 10 percent with the Ni breaker switch calorimetry measurements and with predictions from retarded potential analyzer plasma data. However, for the vertically suspended electrode experiments, the measured thermal power at the cathode is 50 percent higher than for nickel. When CO is introduced into the vertical alloy electrode system and electrode gap is increased, the cathode thermal power is reduced by approximately 50 percent. Furthermore, the electrode position measurements and observation of the ingot surface suggest that a concentrated arc is formed under these conditions.     

Solidification of a Liquid Super-Eutectic Binary Alloy in an Enclosure with a Slanted Side Cooling Wall

Abstract

This study considers the effect of a slanted side cooling wall that has varying inclination angles on the development of thermosolutal convection during the solidification of a super-eutectic aqueous ammonium chloride (NH₄Cl-H₂O) solution. The shadowgraph and particle image velocimetry techniques were employed to observe the flow development and measure the flow velocity during solidification. The transient temperature distribution within the test cell was also measured by type-T thermocouples. Experimental results reveal that a more slanted side cooling wall accelerated the “filling-box” process, thus it could cause more serious A-segregates and material defects in the solidified ingot.