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250～0．1K／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0．1K／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℃．     

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     

高阻尼材料的阻尼机理及性能评估

对高阻尼材料的性能评估方法、常见的高阻尼机理以及高阻尼材料的主要研究热点进行了评述,指出了该领域今后的主要研究课题是发现新的阻尼机理,开发具有优异性能的新型高阻尼材料。     

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     

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...     

Zr65Cu17.5Ni10Al7.5合金定向凝固组织特征及其与重力场取向的关系

研究了Zr₆₅Cu_17.5Ni₁₀Al_7.5合金定向凝固过程中组织形态的演变特征，探索了不同的凝固方向与重力场方向间的相互取向关系对凝固组织形态的影响.存在着一个临界抽拉速度V_fc,当抽拉速度大于该临界值时组织方向性变差.该合金本身的物理性质决定了它具有一个较小的临界值(V_fc=5mm/min).不同的凝固方向与重力场的相对取向关系改变了液-固界面前沿的浮力对流状态.当凝固方 关键词：     

Al_xCrFeNiTi系高熵合金成分和弹性性质关系

为了探索Al_xCrFeNiTi系高熵合金组成成分和弹性性质的关系,结合固溶体特征参数和第一性原理计算,研究Al元素含量对Al_xCrFeNiTi (x=0, 0.5, 1, 2, 3, 4)合金结构和弹性性质的影响,并分析合金固溶体特征参数与弹性性质之间的关系.结果表明:Al_xCrFeNiTi系合金的价电子浓度随着Al含量的增加逐渐减小,合金在体心立方结构下的形成焓均低于面心立方结构,说明研究的Al_xCrFeNiTi系合金会形成单一的体心立方结构固溶体;合金的晶格常数和形成能力强弱随着Al含量的增加而增大,但合金的结构稳定性略有下降;当合金元素按照等原子比进行成分配比时,合金的原子尺寸差异最大; Al_xCrFeNiTi系合金中不同原子之间除了金属键结合外,还表现出一定的共价和离子键结合特征;对于Al_xCrFeNiTi系合金而言,随着热力学熵焓比的增大,合金体弹模量和韧性随之增大;随着合金混合焓的增加,合金在压缩方向的各向异性程度明显降低.热力学熵焓比和混合焓可作为Al_xCrFeNiTi系高熵合金成分设计的重要参数.     

三元Co-Cu-Pb偏晶合金的快速凝固组织形成规律研究

在自由落体条件下实现了三元Co-Cu-Pb合金的液相分离与快速凝固. 实验发现,随液滴直径减小,Co₅₁Cu₄₇Pb₂合金液滴发生由枝晶→两层壳核→枝晶组织的转变,Co₄₇Cu₄₄Pb₉合金液滴的组织形态由壳核组织演化为均匀组织. 两种合金的快速凝固组织均由α(Co),(Cu)和(Pb)固溶体三相组成,α(Co)和(Cu)相主要以枝晶方式生长,(Pb)相分布在(Cu)枝晶间. 关键词： 液相分离 偏晶合金 快速凝固 自由落体     

快速凝固Cu-1.5%Be合金的制备

采用单辊旋淬法制备了快速凝固Cu-1.5%Be合金(Be质量分数1.5%)薄带。根据热传输平衡方程对快速凝固冷却速率进行了估算,并借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜对该合金的微观结构及相选择进行了分析。结果表明:当辊面线速度在29.93~39.19 m/s范围内时,合金冷却速率可达到9.80105~1.63106 K/s;随着辊轮转速的提高和喷注气压的减小,合金条带厚度和晶粒度逐渐变小;随着冷却速率的增加,溶质截留效果显著,合金相结构由复相向单相转变,当辊面线速度达到34.54 m/s时,Cu-1.5%Be合金可形成过饱和的-Cu固溶体组织,且组织细小均匀,可获得纳米晶;条带横断面显微组织由接近辊面一侧的细小等轴晶区、中间的柱状晶区和靠近自由表面的等轴晶区组成。     

快速凝固Cu-1.5%Be合金的制备

采用单辊旋淬法制备了快速凝固Cu-1.5%Be合金(Be质量分数1.5%)薄带。根据热传输平衡方程对快速凝固冷却速率进行了估算,并借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜对该合金的微观结构及相选择进行了分析。结果表明：当辊面线速度在29.93~39.19 m/s范围内时,合金冷却速率可达到9.80105~1.63106 K/s;随着辊轮转速的提高和喷注气压的减小,合金条带厚度和晶粒度逐渐变小;随着冷却速率的增加,溶质截留效果显著,合金相结构由复相向单相转变,当辊面线速度达到34.54 m/s时,Cu-1.5%Be合金可形成过饱和的-Cu固溶体组织,且组织细小均匀,可获得纳米晶;条带横断面显微组织由接近辊面一侧的细小等轴晶区、中间的柱状晶区和靠近自由表面的等轴晶区组成。     

快速凝固Cu-Sn亚包晶合金的电阻率及力学性能

定量表征了快速凝固Cu-xwt%Sn(x=7, 13.5, 20)亚包晶合金的电阻率和力学性能，理论分析了冷却速率与合金性能之间的关系. 研究结果表明，在急冷快速凝固条件下，随着冷却速率的增大，合金组织显著细化、晶界增多，对自由电子的散射作用增强，Cu-Sn亚包晶合金的电阻率升高. 当晶界散射系数取r=0.992时，可用M-S模型分析其电阻率.同时，细晶强化作用增强，合金的显微硬度和抗拉强度呈线性增大，并且细晶区显微硬度略大于粗晶区显微硬度. 冷却速率的增大使合金的伸长率减小，其值在1.0%—4.6%范围.     

快速凝固Ti-Cu-Fe合金的相组成与组织演变规律

采用落管无容器处理技术实现了Ti_61.2Cu_32.5Fe_6.3三元包共晶合金在自由落体条件下的快速凝固,获得了直径为80—1120μm液滴的凝固组织.实验中获得的过冷度范围为34—293 K,最大过冷度达0.23T_L.研究发现,在自由落体条件下,由于受到无容器、微重力、超高真空等因素的影响,合金熔体的凝固组织中包含Cu_0.8Fe_0.2Ti相、CuTi₂相和CuT₃相,显著偏离了平衡状态.Cu_0.8Fe_0.2Ti为初生相,同时又与CuTi₂相形成两相共晶;CuTi₃相则呈现枝晶形貌,并发生了明显的溶质截留效应.随着过冷度的增大,共晶组织由层片共晶向不规则共晶转变,形貌由长条状共晶团变为椭球状共晶团,最终变为球状共晶胞;Cu_0.8Fe_0.2Ti相枝晶形貌由粗大枝晶变为碎断枝晶,进一步变成不规则的粒状晶粒;CuTi₃相枝晶则由碎块状转变为完整枝晶.     

Ti-45at.% Al合金定向凝固过程中显微组织演化的计算机模拟

采用基于溶质扩散控制模型CA方法对Ti-45at.% Al合金定向凝固过程中显微组织演化过程进行了数值模拟.模拟结果表明,在温度梯度较高时,初生晶核间距无论大小,均可通过分枝或竞争生长而使一次胞晶/枝晶间距得到调整.在抽拉速度一定情况下,随着温度梯度增加,胞晶/枝晶间距减小,在温度梯度一定情况下,随着抽拉速度增大,观察到胞晶/枝晶混合结构,混合结构区随温度梯增大而增大,模拟结果与实验观察相符合. 关键词： Ti-45at.% Al合金 定向凝固 组织演化 数值模拟     

Mg-Sn-Si系合金的热力学基础及合金相演变过程分析

研究了Mg-Sn-Si系合金的热力学基础及合金相的演变过程. 结果表明: 对于Mg-Sn-Si系合金, 合金相的比热容随着温度增加而增加, 在低温下变化迅速, 而在高温下变化平缓, 其热膨胀系数在低温范围内随温度升高呈指数形式增加, 而在高温范围内呈线性增大. 在Mg₂ (Si_x, Sn_1-x)、Mg₂ (Sn_x, Si_1-x)相结构中, Sn(Si)原子的取代位置不固定, 可以是面心, 也可以是顶点. 常规凝固过程中, 由于处于非平衡状态, x的取值范围有所波动, 对于Mg₂ (Si_x, Sn_1-x)和Mg₂ (Sn_x, Si_1-x) 两种结构, x的取值范围在0.25或0.75附近. Mg₂ (Si, Sn)的生成温度较高, 可从液相中直接析出, 也可由Mg₂Si转化而来, 而Mg₂ (Sn, Si)的生成温度较低, 只能从基体中析出, 随着Sn含量的增加, 开始析出Mg₂ (Sn, Si)相的温度升高.     

表面张力效应对空间和地面合金凝固行为的影响

为揭示空间微重力条件下合金的凝固特性，分别于１９９０年及１９９６年两次利用我国返回式科学试验卫星，研究了Ａｌ－Ａｌ３Ｎｉ，Ａｌ－ＲＥ等共晶和Ａｌ－Ｂｉ偏晶合金的空间凝固行为．文章结合流体物理理论和两次卫星搭载的实验结果，着重讨论了合金中的表面张力梯度驱动对流和熔滴的Ｍａｒａｎｇｏｎｉ迁移现象及其在偏晶合金地面生产中的应用．     

电磁-机械复合场对合金凝固组织影响的研究

提出了对组分密度差别较大合金进行电磁机械复合场处理来获得常规铸锭均匀凝固组织的新工艺,研究了电磁机械复合场处理对Al20Sn合金常规铸锭凝固组织的影响,并进行了理论分析.研究结果表明,在固液二相区内,处理温度越低,常规铸锭垂直方向上不同部位凝固组织的差异越小. 关键词： 电磁-机械复合场 处理温度 凝固组织     

深过冷Cu60Sn30Pb10偏晶合金的快速凝固

实现了大体积Cu60Sn30Pb10偏晶合金的深过冷与快速凝固.实验获得的最大过冷度为173 K(0.17TL).凝固组织发生了明显的宏观偏析,XRD分析表明,试样上部是由固溶体(Sn),(Ph)相和金属间化合物ε(Cu3Sn)相组成的三相区,下部为富(Ph)相区.在小过冷条件下,三相区中ε(CuSn)相的凝固组织为粗大的枝晶,随着过冷度的增大,ε(Cu3Sn)相细化成层片状组织.且层片间距随过冷度的增大而减小,而(Sn),(Ph)两相始终以离异共晶的方式存在.富(Pb)相区中分布有少量的ε(Cu3Sn)枝晶,枝晶长度随过冷度的增大而增大,且在大过冷条件下发生碎断.(Sn)相在ε(Cu3Sn)相表面形核、长大,其形态类似于包晶凝固组织.     

重力及微重力条件下Pd40Ni40P20合金凝固组织中溶质原子的分布特征

研究了Pd₄₀Ni₄₀P₂₀合金在重力（1g）及微重力（μg）条件下凝固组织中溶质原子的分布．与重力条件相比，微重力条件下凝固的样品组织中，初生相的P含量较低，而Pｄ的含量较高；共晶区域内的平均P含量较高而平均Pｄ含量较低．深入分析初生树枝晶一次枝晶间距Ｌ与冷却率υ以及固液界面前沿液相中溶质综合输运系数D的相互关系，发现地面条件下的固液界面前沿液相中溶质综合输运系数D_1g比空间的D_μg大1.7倍． 关键词：     

添加Ti对Al-Bi难混溶合金组织和性能的影响

难混溶合金在凝固过程中极易发生液-液相分离,造成第二相的宏观偏析,失去了合金的应用价值.本文将第三组元Ti添加到Al-Bi难混溶合金中,研究了Ti的添加对合金的凝固组织和性能的影响,探索了原位生成的金属间化合物的存在形式,分析了第二相Bi颗粒的分布.研究结果表明,凝固过程中原位生成的长针状Al_3Ti化合物,均匀分布在Al基体中,穿插在Bi相颗粒之间,阻碍了Bi相颗粒的沉降及凝并,防止了Bi相颗粒的碰撞及长大,制备了Bi相弥散分布在Al基体中的难混溶合金;同时弥散分布在基体中的硬质相Al_3Ti还增强了基体的强度,提高了合金的硬度,使合金表现出优异的耐磨性能.     

微量稀土La对Al-7%Si-0.6%Fe合金组织与性能的影响

在Al(铝)-Si(硅)合金中同时添加Sr(锶)和B(硼)存在“中毒”现象,无法同时细化α-Al晶粒和变质共晶Si.本文研究了在同时添加α-Al晶粒细化剂B和共晶Si变质剂Sr的条件下,微量稀土La(镧)对Al-7%Si-0.6%Fe合金组织、热导率和力学性能的影响,分析了稀土La的影响规律及其作用机理.结果表明微量稀土La的添加,一方面可以中和Sr与B的毒化效应,提升共晶Si的变质效果;另一方面可以促使α-Al异质形核基底La B6的形成,并作为表面活性剂降低α-Al的形核过冷度,从而细化α-Al晶粒.共晶Si的变质以及α-Al晶粒的细化有助于同时提升Al-7%Si-0.6%Fe合金的热导率及力学性能.此外,当稀土La的添加量在0.02%—0.06%之间时,合金的导热性能明显提升;随着La添加量的进一步增大,合金热导率下降.