急冷条件下NiAl-Mo三元共晶合金的组织形成机制

采用单辊急冷技术实现了NiAl-Mo三元两相共晶合金的快速凝固, 同时与常规条件下的凝固组织进行了对比研究. 实验发现, 单辊急冷的合金条带与常规条件的凝固样品均由B2结构的NiAl金属间化合物和bcc结构的Mo固溶体两相组成, 两相均具有(110)晶面优先生长的趋势, 并呈现出(110)NiAl//(110)Mo取向关系. 常规条件下得到的微观结构主要由规则的两相共晶组织组成, 形成了类似菊花状的共晶胞. 而单辊急冷条件下形成的组织结构主要是由近辊面的柱状晶区和近自由面的等轴晶区组成的凝固组织. 理论计算发现, 合金熔体的单辊辊速由10 m/s增大至50 m/s后, 其冷却速率从1.01×10⁷ K/s逐渐增大到2.46×10⁷ K/s, 冷却速率明显高于常规铸造过程, 因而形成了差别很大的凝固组织. 随着辊速(冷却速率)的增加, 合金条带的厚度从54.4 μm减小至22 μm, 近辊面柱状晶区的厚度所占比例也逐渐增大, 晶粒发生了明显细化. 关键词： 快速凝固 三元共晶 共晶转变 冷却速率     

三元等原子比Fe_(33.3)Cu_(33.3)Sn_(33.3)合金的快速凝固机理与室温组织磁性研究

采用自由落体和熔体急冷两种实验技术实现了三元等原子比Fe_(33.3)Cn_(33.3)Sn_(33.3)合金的快速凝固,研究了其组织形成机理和室温磁性特征.实验发现,合金熔体在不同快速凝固条件下都没有发生液相分离,其室温组织均由初生αFe相枝晶以及CU_3SU和CU_6Sn_5二个包晶相组成计算表明,落管中合金液滴的表面冷却速率和过冷度分别达1.3×10~5 K·s~(-1)和283 K(0.19 T_L)当表面冷却速率增大至3.3×10~3 K·s~(-1),初生αFe相发生由粗大枝晶向碎断枝晶的演化.急冷快速凝固过程中,初生αFe相凝固组织沿辊面向自由面方向形成细晶区和粗晶区,其中细晶区以粒状晶为特征而粗晶区存在具有二次分枝的树枝晶随着表面冷却速率由8.9×10~6增大至2.7×10~7 K·s~(-1),αFe相平均晶粒尺寸显著减小,合金条带的矫顽力增大一倍多.     

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     

快速凝固Co-Cu包晶合金的电学性能

研究了Co-Cu包晶合金快速凝固过程中的相选择和组织形成特征, 探索了冷却速率、组织结构和晶体位向与合金电阻率之间的相关规律.实验发现, 快速凝固可使Co在(Cu)中的固溶度扩展至20%.Cu含量大于80%时, L+αCo→(Cu)包晶转变被抑制, (Cu)可从过冷熔体中直接形核析出.Cu含量在40%—70%范围时, Co-Cu合金的液相分离受到抑制, 凝固组织沿条带厚度方向分为两个晶区.细晶区中αCo和(Cu)相竞争形核并生长, αCo枝晶形态细密，细小的（Cu）等轴晶均匀分布于αCo的基体之中.粗晶区αCo相为领先相, 富Cu相分布于αCo枝晶的晶界处.随着冷速的增大, 合金组织显著细化, 晶界增多,对自由电子的散射作用增强, 合金电阻率显著增大.当晶界散射系数r＝0996—0999时, 可采用M-S模型综合分析快速凝固Co-Cu合金的电阻率. 关键词： 电阻率 快速凝固 相结构 晶体生长     

快速凝固Fe62.1Sn27.9Si10合金的分层组织和偏晶胞形成机理

采用自由落体和单辊急冷技术研究了三元Fe_62.1Sn_27.9Si₁₀偏晶合金的相分离和组织形成规律,理论分析了两种快速凝固条件下合金的传热特性.自由落体条件下,由于Marangoni迁移和表面偏析势的作用,液滴凝固组织主要形成富Sn相包裹富Fe相的两层壳核结构.随着液滴直径减小,冷却速率和温度梯度增大,促进偏晶胞快速生长.在单辊急冷条件下,随着辊速的增大,冷却速率从1.1×10⁷增大至6.5×10⁷ K/s,合金熔体内部的液相流动和相分离受到抑制,凝固组织发生"九层结构→两层结构→无分层结构"的转变.同时,凝固过程中FeSn+L₂→FeSn₂包晶反应受到抑制,形成与自由落体条件下不同的相组成.EDS分析显示,αFe相在快速凝固过程中发生显著溶质截留效应. 关键词： Fe-Sn-Si偏晶合金 相分离 快速凝固 溶质截留     

快速凝固Cu-Pb过偏晶合金的性能表征

研究了Cu-Pb过偏晶合金的急冷快速凝固组织特征,定量表征了快速凝固Cu-Pb过偏晶合金的电阻率和力学性能,理论分析了冷却速率和组织形态对合金性能的影响规律. 研究结果表明,在急冷快速凝固条件下,Cu-Pb过偏晶合金中的(Cu)相和(Pb)相均以枝晶方式生长,晶体形态以均匀细小的等轴晶为特征. 随着冷却速率增大,一方面,凝固组织显著细化,晶界增多,对自由电子的散射作用增强,合金电阻率显著增大;另一方面,细晶强化作用增强,合金的抗拉强度呈线性升高,同时,伴随着晶体缺陷数量的增多,合金的伸长率降低. 关键词： Cu-Pb过偏晶合金 快速凝固 电阻率 力学性能     

液态Ti-Al合金的深过冷与快速枝晶生长

采用电磁悬浮和自由落体两种试验技术研究了液态Ti-25 wt.%Al合金的亚稳过冷能力、晶体形核机制和枝晶生长过程. 试验发现, 即使电磁悬浮无容器状态下仍难以消除润湿角θ ≥60°的异质晶核, 合金熔体过冷度可达210 K (0.11T_L). β-Ti相形核的热力学驱动力随过冷度近似以线性方式增大, 其枝晶生长速度高达11.2 m/s, 从而在慢速冷却条件下实现了快速凝固. 理论计算表明, 随着过冷度的逐步增大, β相枝晶生长从溶质扩散控制转变为热扩散控制. 当过冷度超过100 K时, 非平衡溶质截留效应可使合金熔体发生无偏析凝固. 然而, 单靠深过冷状态不足以抑制β相的后续固态相变. 对于落管中快速凝固的直径77-1048 μm合金液滴, 其冷却速率最高达1.05×10⁵ K/s, 深过冷与快速冷却的耦合作用能更有效地调控凝固组织形成过程.     

急冷快速凝固过程中液相流动与组织形成的相关规律

研究了Fe58wt%Sn过偏晶合金的急冷快速凝固和组织形成特征． 实验发现, FeSn过偏晶合金的急冷快速凝固组织由规则排布的纤维状β-Sn相和分布其间的α-Fe相及少量金属间化合物相组成, β-Sn相的几何排列方向与合金条带表面成0—15°的夹角．根据急冷条件下金属熔体的热传导方程和Navier-Stokes方程, 对过偏晶合金的凝固行为和组织形成过程进行了理论分析, 揭示出熔体内部的动量传输对过偏晶合金的液相分离行为具有显著的影响．两相分离发生于液池底部约200μm的急冷区内, 分离的L2液滴在辊面驱 关键词： 液态 相分离 液相流动 快速凝固 晶体生长     

微重力条件下Cu-Zr共晶合金的液固相变研究

采用落管方法实现了液态Cu-10 wt.%Zr亚共晶、Cu-12.27 wt.%Zr共晶和Cu-15 wt.%Zr过共晶合金在微重力无容器条件下的快速共晶与枝晶生长.Cu-12.27 wt.%Zr共晶合金的凝固组织随液滴直径减小由层片规则共晶向不规则共晶转变,且层片间距减小;Cu-10 wt.%Zr亚共晶合金的初生(Cu)相随液滴直径减小由粗大树枝晶向棒状晶转变,且所占体积分数增加,部分区域形成花状凝固组织,(Cu)相枝晶辐射向外生长;Cu-15 wt.%Zr过共晶合金初生相则为金属间化合物Cu_9Zr_2相,呈条状生长,随液滴直径减小冷却速率增大,凝固组织由宏观弯曲生长向球状晶胞转变.理论计算表明,三个合金液固相变枝晶与共晶的生长均由溶质扩散控制.测定Cu-10 wt.%Zr亚共晶合金初生(Cu)相显微硬度随液滴直径减小而增大,三个合金的共晶相随合金初始成分增大而增大.     

液态三元Fe-Cr-Ni合金中快速枝晶生长与溶质分布规律

采用落管方法实现了液态三元Fe-Cr-Ni合金的深过冷与快速凝固,合金液滴的冷却速率和过冷度均随液滴直径的减小而迅速增大.两种成分合金近平衡凝固组织均为粗大板条状α相.在快速凝固过程中,不同直径Fe_(81.4)Cr_(13.9)Ni_(4.7)合金液滴凝固组织均为板条状α相,其固态相变特征很明显,随着过冷度增大,初生δ相由具有发达主干的粗大枝晶转变为等轴晶.Fe_(81.4)Cr_(4.7)Ni_(13.9)合金液滴凝固组织由α相晶粒组成,随着过冷度增大,初生γ相由具有发达主干的粗大枝晶转变为等轴晶,其枝晶主干长度和二次分枝间距均显著下降,晶粒内溶质的相对偏析度也明显减小,溶质Ni的相对偏析度始终大于溶质Cr.理论计算表明,与γ相相比,δ相枝晶生长速度更大.在实验获得的过冷度范围内,两种Fe-Cr-Ni合金枝晶生长过程均由热扩散控制.     

Heat and mass transfer characteristics during rapid solidification of Fe-Cu peritectic alloys

The viscose flow and microstructure formation of Fe-Cu peritectic alloy melts are investigated by analyzing the velocity and temperature fields during rapid solidification, which is verified by rapid quenching experiments. It is found that a large temperature gradient exists along the vertical direction of melt puddle, whereas there is no obvious temperature variation in the tangent direction of roller surface. After being sprayed from a nozzle, the alloy melt changes the magnitude and direction of its flow and velocity rapidly at a height of about 180 μm. The horizontal flow velocity increases rapidly, but the vertical flow velocity decreases sharply. A thermal boundary layer with 160–300 μm in height and a momentum boundary layer with 160–240 μm in thickness are formed at the bottom of melt puddle, and the Reynolds number Re is in the range of 870 to 1070 in the boundary layer. With the increase of Re number, the cooling rate increases linearly and the thickness of thermal boundary layer increases monotonically. The thickness of momentum boundary layer decreases slowly at first, then rises slightly and decreases sharply. If Re < 1024, the liquid flow has remarkable effects on the microstructure formation due to dominant momentum transfer. The separated liquid phase is likely to form a fiber-like microstructure. If Re>1024, the heat transfer becomes dominating and the liquid phase flow is suppressed, which results in the formation of fine and uniform equiaxed microstructures. Supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 50121101 and 50395105)     

快速冷凝法制备纳米复合Nd3:8Dy0:7Pr3:5Fe86Nb1B5永磁材料的织构和磁畴

" 通过快速冷凝的方法制备了高性能、强织构纳米复合Nd3:8Dy0:7Pr3:5Fe86Nb1B5永磁材料．X射线衍射和磁测量分析显示薄带有优先取向的特征．随着快淬速度的提高,易磁化方向由垂直与薄带面的方向转向平行于薄带面的方向．通过SPM分析了样品中磁畴结构的形成以及对交换耦合作用强弱的影响．同时,Henkel曲线也表明了在快淬速度为30 m/s下制备的薄带晶粒有较强的交换耦合作用,从而使其剩磁提高,磁性能增强．在快淬速度为30 m/s下制备的样品平均晶粒尺寸为16 nm,样品含有高织构的硬磁相(Nd,     

Al-Ti-B细化工业纯铝凝固组织演变过程数值模拟

采用耦合群体动力学方法与元胞自动机方法建立了细化处理条件下铝合金凝固微观组织演变的数值模型.该模型考虑了a-Al的非均匀形核过程、晶粒的初始球形长大以及之后的枝晶生长过程.利用建立的模型模拟了Al-5Ti-1B中间合金细化工业纯铝凝固组织演变过程.结果表明:形核初始阶段,熔体中存在充足数量的有效形核粒子, a-Al形核率随着熔体过冷度的增大逐渐增高;形核开始不久后, a-Al的异质形核过程由熔体中有效形核粒子数量控制,直到再辉发生,形核停止.模拟分析了中间合金添加量以及熔体冷却速度对工业纯铝凝固组织演变过程的影响,模拟结果与实验结果相符,验证了模型的准确性.     

Cu50Ni50合金快速凝固的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟的方法研究了Cu₅₀Ni₅₀合金在不同冷却速度下的凝固过程,利用均方位移、径向分布函数和结构可视化等方法分析其微观结构.并对凝固模型进行拉伸模拟,通过应力应变曲线和直观结构变化分析其性能.研究表明：冷却速度对Cu₅₀Ni₅₀合金凝固形成的结构有较大影响,随着冷却速度的升高,凝固形成的结构中晶体含量减少,在较低的冷却速度下,如冷却1×10¹²K/s时,Cu₅₀Ni₅₀合金凝固形成晶体结构;在较高的冷却速度下,如1×10¹⁴K/s时,Cu₅₀Ni₅₀合金凝固形成非晶体结构,且非晶Cu₅₀Ni₅₀合金的抗拉性能要优于晶体Cu₅₀Ni₅₀合金.     

Dendritic growth and solute trapping in rapidly solidified Cu-based alloys

Rapid solidification of binary Cu-22%Sn peritectic alloys and Cu-5%Sn-5%Ni-5%Ag quaternary alloys was accomplished by glass fluxing, drop tube and melt spinning methods. The undercooled, by glass fluxing method, Cu-22%Sn peritectic alloy was composed of α(Cu) and δ(Cu41Sn11) phases. If rapidly solidified in a drop tube, the alloy phase constitution changed from α(Cu) and δ(Cu41Sn11) phases into a single supersaturated (Cu) phase with the reducing of droplet diameter, and the maximum solubility of Sn in (Cu)...