Ni-7.3%Si-2.2%B合金快淬组织与深过冷快凝机制

 采用B_2O_3玻璃和纯循环过热净化相结合的方法去除液态金属中的异质晶核,使液态Ni-7.3％Si-2.2％B合金获得了330K的过冷度。对比分析了该合金在低温基板上的快淬薄片与大体积深过冷试样的微观组织。借助计算机和红外测温系统,快速采集了熔体的再辉过程。数据处理发现,在深过冷液态金属的整个再辉区间,温度的上升速率呈瞬态变化特征,再辉时间随初始过冷度的提高而减小。最后,由再辉曲线确定出深过冷液态金属再辉过程中的固相分数与时间以及凝固速度与瞬时过冷度的关系。     

深过冷快速凝固Fe82.5Ni17.5合金的组织演化

采用熔融玻璃净化结合循环过热的方法,使Fe82.5Ni17.5合金获得了330 K的最大初始过冷度.结合理论计算和组织观察,对Fe82.5Ni17.5合金在深过冷条件下的凝固行为和组织形成规律进行了研究.结果表明,过冷度△T＜63 K时,合金的凝固组织为粗大的树枝晶;当63 K＜△T＜158 K时,凝固再辉所产生的重熔效应非常强烈,受此影响,初生的树枝晶被熔断,形成了细化的粒状晶组织;当过冷度进一步增大至158 K＜△T＜203 K时,再辉所产生的重熔效应大大降低,凝固组织进一步演变为发达的树枝晶组织;而当△T＞203 K时,凝固组织的晶粒细化源于快速凝固体积骤变所产生收缩应力导致的初生枝晶碎断.     

Nucleation of β/α Phases in Undercooled Ti-48( at％ )Al Peritectic Alloy

采用电磁悬浮熔炼的深过冷凝固技术实现了Ti-48( at％) Al合金的深过冷,获得的最大过冷度为295K.采用红外测温仪记录实验过程的温度变化数据,OM技术观察不同过冷度下凝固合金的显微组织,结合深过冷凝固过程中的再辉行为分析了该合金的非平衡凝固路径.运用负熵模型、经典形核理论及瞬态形核理论,研究了Ti-48( at％)Al包晶合金中初生相与次生相的形核与过冷度之间的关系.通过对该合金熔体的β(bcc)相和α(hcp)相的临界形核功、稳态形核率、形核孕育时间和瞬态形核率的计算,并结合实验结果对β,α两相的形核进行了综合分析.结果表明,在～10K/s的较低冷速情况下,在整个过冷度(≤295K)范围内B(bcc)相总能作为初生相首先形核.     

考虑非平衡效应的过冷水滴凝固特性

非平衡凝固是过冷条件下水滴凝固过程的重要现象。本文针对飞机结冰过程过冷水滴的非平衡凝固效应,发展了改进的凝固特性预测模型及数值计算方法,并自行搭建了实验系统,开展了所建过冷水滴凝固模型与数值预测方法的实验验证。研究表明,所发展的改进模型可有效表征水滴过冷阶段的非平衡凝固效应,因而对冷水滴凝固速率的预测有较好的改进;当过冷度为0℃时,过冷模型退化为传统模型。基于所建方法,开展了过冷度及冷却条件对水滴凝固特性的影响分析,获得了不同条件下水滴凝固过程的温度分布及相界面变化特征。研究表明,过冷度越大或水滴尺度越小,凝固速率相对越高;在考虑非平衡凝固效应的条件下,过冷水滴凝固速率要高于不考虑非平衡凝固效应的工况。相关研究可为结冰热力学模型的改进,以及结冰特性的精细化预测提供参考。     

过冷水滴凝固机理及凝固组织特征

针对飞机过冷水滴结冰的精细化预测需求，基于相变热力学与相变动力学相关理论，采用示差扫描量热法（DSC）、结冰风洞试验及微结构测试相结合的方法，研究了过冷水滴凝固过程的热力学机理及凝固组织特征。基于示差扫描量热法，研究了冷却速率及形核条件对结晶凝固特性的影响规律；基于结冰风洞试验开展了不同温度条件下冰相的宏观形貌及微结构特征研究。结果表明，过冷条件及冷却速率是影响过冷水滴结晶速率及结晶完善程度的重要因素。降温速率越大，结晶速率常数增大、结晶速率相应提高。同时，结晶峰变宽，结晶初始温度向低温方向移动，过冷效应相对显著；反之亦然。过冷度及冷却速率对冰相的宏观及微观形貌均有着重要影响。过冷度越大则相同时间内冷却速率越大，晶体生长过程越不充分，晶体不规则程度相对较高，同时晶粒密度变大、尺度变小，冰相表观透明度相对降低；反之，过冷度越小，则晶粒密度变小、尺度变大，冰相表观透明度相对较高。异相形核条件对加速结晶过程有重要促进作用，晶种的存在可有效加速二次结晶的触发，使过冷效应显著减弱。相关研究可为飞机结冰速率、冰相物理特征及冰形宏观形貌的精细化预测提供参考。     

深过冷液态金属的凝固特点

 本文评述了近年来深过冷液态金属凝固过程研究的新进展,论及深过冷获得技术、晶体形核与快速长大、凝固组织形态转变、界面绝对稳定性与无偏析凝固、以及准晶和非晶形成。     

铝硅共晶柱状晶凝固

 将强制凝固的理论和试验结果应用到铝硅共晶铸锭柱晶凝固过程,得到了共晶片间距同凝固速度、形核过冷间的关系。柱晶凝固时共晶片间距同平均凝固速度因子V~(-2/3)成正比,还同凝固时形核过冷密切相关,形核过冷增加使共晶片间距减小。文中讨论了影响形核过冷的诸因素和凝固组织均匀性问题。     

深过冷熔体中的晶体形核与快速长大

 以特制的无机盐玻璃作为净化剂去除液态Ni-0.39％B-6.58％Si合金中的异质晶核,获得363K(0.229T_L)过冷度,采用高速摄影及快速红外测温技术研究了深过冷熔体的快速凝固行为。     

快速凝固高温Al—Fe—Mo—Si—Zr—Ti合金凝固组织特征

研究了５～７４μｍ的快速凝固Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｏ－Ｓｉ－Ｚｒ－Ｔｉ合金粉末凝固组织特征，探讨了凝固组织形成机制。结果表明，合金粉末主要有四种基本组织：初生Ａｌ＿９（Ｆｅ，Ｍｏ）＿２，α－Ａｌ与Ａｌ＿６（Ｆｅ，Ｍｏ）共晶，胞晶及显微胞晶，出现这些组织的典型尺寸依次为５６μｍ、４０μｍ和８μｍ；合金元素Ｍｏ的加入，显著提高合金粉末凝固前过冷度，使１０～４０μｍ粉末的凝固机制发生了变化，由导热控制型转变成溶质扩散控制型，从而基本上消除了该尺寸范围内粉末凝固组织中共晶成分和初生相。通过理论分析，建立了快速凝固形核动力学模型并进行了模拟计算，从理论上证实了胞间准晶相为初生相，计算得出在二元Ａｌ－Ｆｅ合金中抑制该相形成所需的冷却速度高达１０￣（１３）Ｋ／ｓ。     

低温液氧过冷方案对比分析与试验研究

从燃料密度、显冷量和贮箱增压压力等方面阐述了采用过冷液氧推进剂的性能优势。以获取66 K过冷液氧为目标，从低温工质消耗、功率消耗、系统复杂性和安全性等多个方面对液氧抽空减压、负压液氮浴换热和氦制冷循环3种过冷方案进行了定量与定性对比。针对液氮浴过冷技术进一步对比了单级与两级过冷方案，最终建议采用常压+负压两级液氮浴过冷方案获取66 K深度过冷液氧，并基于该方案搭建了半工业级液氧深度过冷验证平台，成功将液氮过冷至66 K以下。试验表明在0～3 L/s的液氧流量范围内，由于管道漏热，液氧过冷加注过程中其温度随着流量增大而降低。本试验验证了两级液氮浴过冷方案的可行性，为低温火箭发射场推进剂加注系统升级提供了理论及技术参考。     

DENDRITE ARM SPACING OF DIRECTIONAL SOLIDIFICATION STRUCTURE OF HIGHLY UNDERCOOLED MELTS

Ｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄａｔａｐｏｓｉｔｉｖｅｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｇｒａｄｉｅｎｔ,ａｎｄｓｅｖｅｒａｌｋｉｎｄｓｏｆｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ...     

超洁净环境中三维非晶态凝固研究

采用超洁净环境对 Zr₄₁ Ti₁₄ Ni₁₀Cu_12.5 Be_22.5 合金进行电弧熔炼,在 1 0 0～ 1 50 K/s的慢速冷却条件下,成功地制备出厚度大于 1 0 mm的非晶合金。这是一种在超洁净环境中的部分无容器凝固,可以获得较大过冷度。随着熔炼过程中氧含量的增多,由于合金表面被氧化,氧化物作为异质晶核强烈促使液态合金结晶。利用红外测温方法快速检测了合金在凝固过程中非晶的形成。通过分析润湿角因子 f(θ)对合金形核与结晶过程的影响,获得了非晶态凝固所需临界冷却速率 Rc 与润湿角θ之间的关系。     

TiCp/ZA-12复合材料凝固时TiCp的行为

利用XD法与搅拌铸造技术相结合的工艺制备TiCp/ZA-12复合材料，采用常规凝固与定向凝固的技术研究增强粒子TiCp在凝固界面的行为，结果表明，常规凝固条件下，TiC含量较低时，颗粒主要分布于共晶相内，TiC含量较高时，颗粒不仅存在于共晶相内，也存在初生相内，定向凝固条件下，由于初生相对TiC的排斥作用使TiCp/ZA-12复合材料凝固组织中存在TiC聚集的带状组织，TiCp在带状组织中的聚集程度与TiC含量有关，随TiCp含量增加，聚集程度减小，当TiCp含量超过6％后，聚集带已不明显。     

大体积液态铝合金的净化和深过冷

采用无机盐类净化剂,在高频电磁悬浮熔炼装置上对大体积Al83Y10Ni7合金进行净化处理,获得了78.1℃的大过冷度;使用DSC技术和常规金相方法分析了深过冷熔体中的晶体形核和凝固组织。实验结果表明,在熔体的强制对流条件下,适当配比的无机盐净化剂有较强的微观净化效果,并使其微观组织明显细化。在自由凝固条件下,深过冷液态金属的细化效果仅受控于形核过冷度,与其体积的大小无关。     

变质铝硅共晶生长

 本文对锶变质铝硅共晶生长过程进行了讨论,变质铝硅共晶固液界面处,溶质扩散过冷和曲率过冷仅是固液界面总过冷的一小部分,界面总过冷受生长速度的影响十分显著。可以认为生长过程中共晶固液界面处于偏离平衡的某一定态,这一定态同生长速度和温度梯度密切相关。     

DD3单晶镍基高温合金凝固过程的研究

 DD3合金是国产第一代单晶涡轮叶片材料,它去除了普通铸造高温合金中常存的微量合金化元素,使合金的初熔温度大大提高。这一特性使高温固溶处理得以在单晶合金中广泛应用,大幅度提高了合金的力学性能。同时,微量成分的调整,使得合金的凝固特性产生明显的变化。本研究工作通过对三种成分合金的凝固试验以及对凝固组织的显微分析来判断DD3合金凝固特性的变化规律。