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     

二元合金微观偏析的相场法数值模拟

使用耦合溶质场的相场模拟研究了Ni-Cu二元合金枝晶生长过程中固相溶质扩散系数D_s 对枝晶形貌和微观偏析等的影响.计算结果表明，随着D_s的减少，固液界 面前沿溶质扩散层越薄，枝晶生长越有利，枝晶尖端生长的速度越大，侧向分支越发达；D< sub>s越小，固相中溶质成分的波动越强烈，随着D_s的增大，固相中溶质 成分的波动相应减小；溶质微观偏析程度随D_s的增大而减小. 关键词： 相场方法 微观偏析 固相扩散系数 数值模拟     

等温凝固多晶粒生长相场法模拟

采用Kim模型，利用耦合溶质场的相场模型对Al-2-mole-Cu合金等温凝固过程中多晶粒相互影响下枝晶的生长过程进行数值模拟，为了提高计算效率，采用差分去实现宏微观场之间的耦合.研究了不同过冷度对多晶粒枝晶形貌和溶质分布的影响，结果表明：成分过冷对枝晶生长速度和溶质分配有着重大的影响，溶质元素Cu在固液界面前沿重新分布，结果导致实际热过冷减小，进而影响枝晶的生长和溶质向外层的扩散，致使相互接触的枝晶产生萎缩而其余没有受到抑制的枝晶生长方向产生择优现象. 关键词： 相场法 模拟 择优生长 等温凝固 二元合金     

相场法模拟多元合金过冷熔体中的枝晶生长

在二元合金相场模型研究的基础上，进行扩展获得了多元合金相场模型.以Al-Si-Mg三元合金为例，采用该相场模型实现了逼真地模拟多元合金凝固过程的等轴枝晶生长，得到了二次或更高次晶臂生长等复杂的枝晶形貌.随着第三组元Mg含量的减少，枝晶的二次枝晶越发达，枝晶中溶质的偏析越严重，枝晶尖端的生长速率和半径越大，与丁二腈-丙酮体系中枝晶尖端生长速率、半径随溶质浓度变化关系的理论计算和实验结果相符合.另外，枝晶初生晶臂中心的溶质浓度最低，在被二次晶臂包围的界面区域的溶质浓度最高；固液界面区域具有较大的浓度梯度，其中枝晶尖端前沿的梯度最大. 关键词： 相场法 多元合金 凝固过程 枝晶生长     

强迫对流影响二元合金非等温凝固枝晶生长的相场法模拟

在二元合金相场模型的研究基础上,建立了耦合溶质场、温度场和流场的相场模型,采用Simple算法求解质量和动量守恒方程,用交替隐式有限差分法求解温度控制方程,模拟了流场作用下二元合金等温和非等温凝固过程中枝晶的生长过程,研究了流场对枝晶生长形貌、溶质场和温度场分布情况的影响,将流场作用下二元合金等温和非等温凝固枝晶生长过程进行比较,分析了由于凝固潜热的释放对流场作用下凝固枝晶生长的影响． 关键词： 相场法 对流 非等温凝固 枝晶生长     

急冷条件下Cu-Pb偏晶合金的相分离研究

研究了Cu-Pb偏晶合金的急冷快速凝固和组织形成规律，并通过将金属熔体的热传导方程和Navier-Stokes方程相耦合, 理论分析了合金熔体的冷却速率、液固相变时间等物理参量与液相分离之间的相关性. 研究结果表明，在急冷快速凝固条件下，熔体的快速冷却对偏晶合金组织形成的影响要比熔体内部液相流动的影响更为显著. 快速凝固使液相分离受到抑制，Cu-Pb偏晶合金均可获得均匀的微观组织结构. 随着冷速的增大，晶粒尺寸明显减小，凝固组织显著细化，晶体形态由粗大枝晶向均匀细小的等轴晶过渡. 提高冷却速率，缩短液固相变时间是重力场中抑制液相分离、获得均匀偏晶组织结构的重要条件. 关键词： 偏晶合金 快速凝固 液相分离 微观结构     

二元合金凝固过程微尺度热质传输的影响分析

针对二元合金凝固的微观偏析现象建立一维平面枝晶模型,考虑溶质在固相中有限扩散,液相完全扩散的情况。通过模拟计算,比较分析了Al-Cu和Fe-C合金微观偏析的特点,并讨论了不同凝固速度以及溶质扩散系数随温度变化与否对微观偏析的影响。分析结果表明,温度场的影响是不可忽略的,应该在研究中予以考虑。     

相场法模拟NiCu合金非等温凝固枝晶生长

利用相场模型与溶质场、温度场进行耦合计算,以Ni-40.83%Cu合金为例模拟了二元合金枝晶生长过程.系统研究相场模型中相场和温度场耦合强度对枝晶形貌和浓度分布的影响.模拟结果表明:随着耦合强度的增加,相场受温度场的影响加大,界面前沿变得不稳,扰动被放大,主枝上出现了二次枝晶.同时,枝晶尖端的生长速率增大,而枝晶尖端的曲率半径减小,枝晶前沿的溶质富集现象也更严重;另外,计算结果与Ivantsov理论符合较好. 关键词： 相场法 NiCu合金 枝晶生长 Ivantsov理论     

连铸过程中结晶器内流体流动和温度传输的数值模拟

提出一个二维湍流模拟模型模拟炼钢连铸过程中结晶器内的钢液流动及传热和凝固现象，并应用ＡＮＳＹＳ软件求解流动和传热方程。通过对不同浇注速度的流畅和温度场的计算，分析了浇注速度对铸坯质量的影响。为验证模型的正确性，将计算结果与宝山钢铁公司小方坯连铸生产数据进行比较，发现该模型可有效模拟连铸过程的钢液流动及传热和凝固现象。     

Al-4.5wt%Cu合金中溶质原子及析出相对锯齿形屈服时空特性的影响

借助不同温度下的固溶处理，得到一系列具有不同溶质原子浓度及析出相含量的Al-4.5wt%Cu合金材料试件.比较这些试件在拉伸实验中的锯齿形屈服现象的时空特性，分析溶质原子与析出相对位错运动的影响，从而探究动态应变时效产生的微观机理.实验结果显示，当固溶处理温度由500℃逐步降低，应力-时间曲线上的应力锯齿跌落幅值逐渐减小，并在300℃时达到最小.继续降低固溶处理温度至100℃，应力锯齿跌落幅值又逐渐增大.同时，热处理方式的改变对剪切带的传播特性也有显著影响.实验发现，固溶处理温度高于300℃时，溶质原子对DSA的影响强于析出相；反之，固溶处理温度低于300℃时，析出相对DSA的影响强于溶质原子；室温下析出相是影响Al-4.5wt%Cu合金DSA机理的主要因素. 关键词： 铝铜合金 锯齿形屈服 动态应变时效 固溶处理     

Effect of boundary heat flux on solidification in a forced liquid metal flow: a phase-field simulation

A phase-field model coupling with velocity field is employed to study the effect of boundary heat flux on the microstructure formation of a Ni-40.8%Cu alloy with liquid flow during the solidification, and an anti-trapping current is introduced to suppress the solute trapping due to the larger interface width used in simulations than a real solidifying material. The effect of the flow field coupling with boundary heat extractions on the microstructure formation as well as distributions of concentration and temperature fields are analyzed and discussed. The forced liquid flow can significantly affect the heat and solute diffusions, thus influencing morphology formation, concentration and temperature distributions during the solidification. The solute segregation and concentration diffusion are changed by boundary heat extractions, and the morphology, concentration and temperature distributions are significantly influenced by increasing the heat extraction, which relatively makes the effect of liquid flow constrained. By increasing the initial velocity of liquid flow, the lopsided rate of the primary dendrite arm is enlarged and the growth manner of dendrite arms gets changed, and the transition of the microstructure from dendrite to cellular moves to the large heat extraction direction. Therefore, there exists the competition between the heat flux, temperature gradient and forced liquid flow that finally determines the microstructure formation during directional solidification.     

Effect of rotating magnetic field on microstructure formation of directionally solidified Sn–1.6Cd peritectic alloy

In order to investigate the effect of rotating magnetic field on the microstructure formation of peritectic alloys, directional solidification experiments of Sn–1.6Cd peritectic alloy have been conducted under different rotating magnetic field conditions. The directional solidification microstructure of Sn–1.6Cd peritectic alloy changes from banded structure to axisymmetric isolated banded structure to axisymmetric oscillatory tree-like banded structure and to single primary phase structure when the magnetic Taylor number of forced-melt flow generated by a rotating magnetic field increases from 0 to 91 to 364 and to 1456. The second and third banded structures are observed in a peritectic alloy for the first time. The results indicate that it is possible to control solidification microstructure and prepare a single primary phase structure by using a rotating magnetic field during directional solidification of peritectic alloys. The experiments show that the effect of forced-melt flow on solute distribution transforms from solute buildup to homogenization with an increase in the magnetic Taylor number. The formation mechanisms of those structures are also discussed.     

二元合金高速定向凝固过程的相场法数值模拟

利用相场法对二元合金高速定向凝固过程进行了模拟，为简化计算，采用了温度冻结近似.模拟了定向凝固时平界面失稳、界面形态演化、溶质浓度分布以及高速绝对稳定性条件下胞晶向平面晶的转变等，得到了不同抽拉速度下胞晶间距、胞晶尖端温度以及有效溶质分配系数等参数，显示了高速生长条件下的溶质截留效应. 关键词： 定向凝固 相场法 高速绝对稳定性 溶质截留     

High-gradient magnetic field-controlled migration of solutes and particles and their effects on solidification microstructure:A review

We present a review of the principal developments in the evolution and synergism of solute and particle migration in a liquid melt in high-gradient magnetic fields and we also describe their effects on the solidification microstructure of alloys.Diverse areas relevant to various aspects of theory and applications of high-gradient magnetic field-controlled migration of solutes and particles are surveyed. They include introduction, high-gradient magnetic field effects, migration behavior of solute and particles in high-gradient magnetic fields, microstructure evolution induced by high-gradient magnetic fieldcontrolled migrations of solute and particles, and properties of materials modified by high-gradient magnetic field-tailored microstructure. Selected examples of binary and multiphase alloy systems are presented and examined, with the main focus on the correlation between the high-gradient magnetic field-modified migration and the related solidification microstructure evolution. Particular attention is given to the mechanisms responsible for the microstructure evolution induced by highgradient magnetic fields.     

Numerical simulation of dendrite growth and microsegregation formation of binary alloys during solidification process

The dendrite growth and solute microsegregation of Fe-C binary alloy are simulated during solidification process by using cellular automaton method. In the model the solid fraction is deduced from the relationship among the temperature, solute concentration and curvature of the solid/liquid interface unit, which can be expressed as a quadric equation, instead of assuming the interface position and calculating the solid fraction from the interface velocity. Then by using this model a dendrite with 0 and 45 degree of preferential growth direction are simulated respectively. Furthermore, a solidification microstructure and solute microsegregation are simulated by this method. Finally, different Gibbs-Thomson coefficient and liquid solute diffusing coefficient are adopted to investigate their influences on the morphology of dendrite.     

静磁场对镁合金凝固组织的影响

镁合金是一种具有发展潜力的轻合金材料，但尚有待进一步的研究.通过实验研究静磁场作用下镁合金AZ61的凝固过程及其组织，发现在施加静磁场后镁合金的组织发生明显变化，晶界减薄，溶质元素含量在晶内显著增加，而在晶界处略有下降，因此静磁场改善了镁合金的组织，对提高镁合金的性能有重要意义. 关键词： 镁合金 静磁场 溶质元素     

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