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电磁搅拌改善铸坯宏观偏析的研究现状和发展

特种铸造及有色合金 2024年

作者：魏亚芳邓安元王恩刚东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室东北大学冶金学院

宏观偏析是连铸钢坯不可避免的凝固缺陷，严重的宏观偏析对钢铁产品机械性能和使用寿命有很大影响。到目前为止，铸坯宏观偏析的控制已经取得了重大进展，许多技术已经在生产过程中得到广泛应用。从试验研究和数值模拟两个方面总结了国... 详细信息

宏观偏析是连铸钢坯不可避免的凝固缺陷，严重的宏观偏析对钢铁产品机械性能和使用寿命有很大影响。到目前为止，铸坯宏观偏析的控制已经取得了重大进展，许多技术已经在生产过程中得到广泛应用。从试验研究和数值模拟两个方面总结了国内外采用电磁搅拌解决铸坯宏观偏析技术的研究现状，对比了两种研究方法的特点，对电磁搅拌影响铸坯偏析的因素进行了总结，为后续采用电磁搅拌解决铸坯偏析提供参考。

关键词：电磁搅拌连铸坯宏观偏析

电磁搅拌改善连铸钢坯宏观偏析的研究现状和发展

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特种铸造及有色合金 2024年第4期44卷 451-456页

作者：魏亚芳邓安元王恩刚东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室沈阳110004 东北大学冶金学院沈阳110004

宏观偏析是连铸钢坯不可避免的凝固缺陷,严重的宏观偏析对钢铁产品力学性能和使用寿命有很大影响。目前,铸坯宏观偏析的控制已经取得了重大进展,许多技术已经在生产过程中得到广泛应用。从试验研究和数值模拟两个方面总结了国内外采用... 详细信息

宏观偏析是连铸钢坯不可避免的凝固缺陷,严重的宏观偏析对钢铁产品力学性能和使用寿命有很大影响。目前,铸坯宏观偏析的控制已经取得了重大进展,许多技术已经在生产过程中得到广泛应用。从试验研究和数值模拟两个方面总结了国内外采用电磁搅拌解决铸坯宏观偏析技术的研究现状,对比了两种研究方法的特点,并对电磁搅拌影响铸坯偏析的因素进行了总结,为后续采用电磁搅拌解决铸坯偏析问题提供参考。

关键词：电磁搅拌连铸坯宏观偏析

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Cu-Ag高强高导合金的研究现状与进展

材料导报 2023年第13期37卷 185-190页

作者：张道琦张林郭晓王恩刚东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室沈阳110819 东北大学冶金学院沈阳110819

现代能源、电力、机械、电子信息等产业的发展需要用到导电和力学性能优良的Cu基合金。具有弥散第二增强相分布的Cu基合金具有高导电性和高强度,可用于脉冲强磁场、高铁接触用线和航天等高科技领域。目前被广泛研究的Cu基二元合金有Cu-N... 详细信息

现代能源、电力、机械、电子信息等产业的发展需要用到导电和力学性能优良的Cu基合金。具有弥散第二增强相分布的Cu基合金具有高导电性和高强度,可用于脉冲强磁场、高铁接触用线和航天等高科技领域。目前被广泛研究的Cu基二元合金有Cu-Nb、Cu-Ag、Cu-Cr和Cu-Zr等。其中Cu-Ag合金相比其他Cu基二元合金具有更高的导电性能和力学综合性能。然而,Ag属于贵金属,价格昂贵,Cu-Ag合金制备工艺流程长,成本高。因此,近年来寻找新型合金制备方法和与Cu-Ag合金相匹配的合金化元素成为了研究热点,研究者们不断尝试在合金中加入第三组元,从而降低合金中的Ag含量,提高合金的综合性能;同时,改进形变过程中的热处理工艺也对Cu基合金性能提升取得了一定效果。研究表明,增加Ag含量有利于合金强度的增加。采用定向凝固与冷变形相结合的制备工艺,可以大幅提高合金强度;采用水平连铸工艺,或在凝固过程中施加直流、交流磁场,均可使制备的Cu-Ag合金导电性能提高。目前,在Cu-Ag合金研究中加入的第三组元有Nb、Cr、Zr、W、Fe、稀土元素。富Nb相有良好的延展性,在拉拔过程中很容易演变为纤维,提高了合金强度;Zr、W元素能够抑制Ag的析出,从而提高合金的强度;Cr元素能使合金的耐磨性能提升2~3倍,但富Cr相的延展性相对较差。本文归纳了Cu-Ag高强高导合金的研究进展,分析了提高Cu-Ag二元合金和Cu-Ag系三元合金性能的方法以及面临的问题,以期为制备综合性能优良的Cu-Ag合金提供参考。

关键词： Cu-Ag合金导电性能抗拉强度凝固形变热处理

Zr_(61)Cu_(25)Al_(12)Ti_(2)和Zr_(52.5)Cu_(17.9)Ni_(14.6)Al_(10)Ti_(5)块体非晶合金过冷液相区的塑性流变行为

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金属学报 2022年第6期58卷 807-815页

作者：刘帅帅侯超楠王恩刚贾鹏东北大学冶金学院材料电磁过程研究教育部重点实验室沈阳110819

利用Gleeble 3500热模拟试验机研究了块体非晶合金Zr_(61)Cu_(25)Al_(12)Ti_(2)(ZT1)和Zr_(52.5)Cu_(17.9)Ni_(14.6)Al_(10)Ti_(5)(Vit105)过冷液相区的压缩变形性能及其流变行为。结果表明,温度和应变速率影响其在过冷液相区的变形模式,主要包括3种典型方式:低温或高应变速率时局部剪切导致的脆性断裂,较高温度或者低应变速率时的Newtonian流变,中温区间或者较高应变速率时的非Newtonian流变。给出了2种合金Newtonian流变向非Newtonian流变转变的边界条件及过冷液相区的变形图。当压缩应变速率小于1×10^(-3)s^(-1)时,ZT1和Vit105分别在678~703 K和703~738 K温度区间表现出Newtonian流变行为,适合进行热塑性加工。利用自由体积模型分析发现,与ZT1相比,Vit105合金的流变激活体积(V_(a)=0.123~0.234 nm^(3))明显小于ZT1(V_(a)=0.137~0.590 nm^(3))。综合合金玻璃转变温度和脆度系数,指出在过冷液相区Vit105比ZT1具有更高的稳定性和更好的可加工性。

关键词：非晶合金过冷液相区 Newtonian流变脆度系数

预变形对Cu-6Ag合金时效析出及性能的影响

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稀有金属材料与工程 2023年第1期52卷 403-408页

作者：杜靖文安佰灵张林王恩刚东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室辽宁沈阳110819 东北大学冶金学院辽宁沈阳110819 东北大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110819

Cu-Ag合金是具有重要应用前景的高强高导合金,其形变加工和热处理工艺的改进对性能的进一步提高具有重要作用,但热处理前预形变的作用一直未受重视。本工作通过XRD物相分析、维氏硬度、电导率、金相显微镜和扫描电镜等方法,研究了预变... 详细信息

Cu-Ag合金是具有重要应用前景的高强高导合金,其形变加工和热处理工艺的改进对性能的进一步提高具有重要作用,但热处理前预形变的作用一直未受重视。本工作通过XRD物相分析、维氏硬度、电导率、金相显微镜和扫描电镜等方法,研究了预变形对固溶+时效处理的Cu-6Ag合金组织和性能的影响。结果表明,预变形促使Cu-6Ag合金发生再结晶,晶粒尺寸明显减小。同时,预变形降低了时效处理后Cu-6Ag合金的固溶量。预变形+时效处理的样品与未进行预变形的样品中均观察到非连续性析出相。预变形合金中的非连续析出相间距更小,为95±9.5 nm。预变形合金的硬度(HV)稍低于未预变形合金,为840.8 MPa,导电率与未预变形合金基本持平,为90.3%IACS。

关键词： Cu-6Ag 预变形时效析出非连续性析出相性能

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外加磁场在难混溶合金制备过程中的应用

特种铸造及有色合金 2022年第12期42卷 1464-1471页

作者：张林林海滨王恩刚东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室沈阳110819 东北大学冶金学院

阐述了在普通稳恒磁场、强磁场、交变磁场和复合电磁场等几种不同种类外加磁场作用下制备难混溶合金的研究现状,分析了不同外加磁场对难混溶合金凝固过程中液-液分离的作用机制及其对合金组织演变、性能的影响。针对重力作用下难混溶合... 详细信息

阐述了在普通稳恒磁场、强磁场、交变磁场和复合电磁场等几种不同种类外加磁场作用下制备难混溶合金的研究现状,分析了不同外加磁场对难混溶合金凝固过程中液-液分离的作用机制及其对合金组织演变、性能的影响。针对重力作用下难混溶合金宏观偏析的主要原因是弥散相液滴进行Stokes运动和相互碰撞长大,指出了不同类型磁场在熔体中的电磁力特点与作用原理,对熔体对流和弥散相液滴运动、凝并行为的影响机制,以及对难混溶合金微观组织与性能的改善效果,并介绍了模拟微重力、组织取向等磁场下的一些特殊效应,为外加磁场在难混溶合金制备中的应用提供参考。

关键词：磁场难混溶合金弥散相液滴 Stokes运动洛仑兹力

结晶器磨损对连铸小方坯鼓肚变形及内裂纹形成的影响

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金属学报 2001年第11期37卷 1228-1232页

作者：王恩刚赫冀成东北大学材料电磁过程教育部重点实验室沈阳110004

应用连铸坯凝固传热与应力分析耦合数学模型，定量地描述了坯壳与结晶器壁间气隙的大小和分布，着重研究了结晶器磨损对坯壳鼓肚变形和内裂纹形成的影响．结果表明：气隙首先形成于坯壳的角部区域，并且以顶角处的气隙厚度最大，逐渐向... 详细信息

应用连铸坯凝固传热与应力分析耦合数学模型，定量地描述了坯壳与结晶器壁间气隙的大小和分布，着重研究了结晶器磨损对坯壳鼓肚变形和内裂纹形成的影响．结果表明：气隙首先形成于坯壳的角部区域，并且以顶角处的气隙厚度最大，逐渐向中心区扩展；当结晶器磨损严重时，坯壳偏角区成为热节区，在热节区内坯壳厚度最薄、同时在结晶器下半部产生鼓肚变形，这种变形起始于坯壳最薄弱的偏角热节区，在热节区附近的铸坯对角线凝固前沿产生的力学应变达到临界应变，使铸坯产生内裂纹．研究结果验证了严重的结晶器磨损是连铸坯产生鼓肚变形、偏角区内裂纹乃至漏钢事故的重要原因之一，也说明了铸坯偏角区内裂纹是起源于对角线的凝固前沿并向温度相对较高的两个薄弱环节－表层热节区和凝固前沿方向扩展．

关键词：小方坯连铸凝固应力鼓肚变形内裂纹有限元结晶器磨损

Mn-20Ga纳米复合磁性材料的制备和磁性能研究

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稀有金属材料与工程 2022年第1期51卷 315-320页

作者：张林陈梦龙高玉龙赵晨希魏浩宇梁宁王恩刚东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室辽宁沈阳110819 东北大学冶金学院辽宁沈阳110819

Mn-Ga合金具有高矫顽力和较高的磁晶各向异性,是一类具有较大发展前景的磁性材料。采用机械合金化方法制备Mn-20Ga(at%,下同)纳米磁性复合材料,复合材料在300~415℃,2~8 h进行退火。重点研究了磁性相种类、纳米晶尺寸和磁性能随退火条... 详细信息

Mn-Ga合金具有高矫顽力和较高的磁晶各向异性,是一类具有较大发展前景的磁性材料。采用机械合金化方法制备Mn-20Ga(at%,下同)纳米磁性复合材料,复合材料在300~415℃,2~8 h进行退火。重点研究了磁性相种类、纳米晶尺寸和磁性能随退火条件的变化规律。研究发现,未退火的Mn-20Ga合金主要组成相为纯Mn与纯Ga,退火后Mn-20Ga合金的主要磁性相为纳米级尺寸的Mn3Ga相和Mn0.85Ga0.15相,另含有少量氧化导致的MnO_(2)相。适当地提高退火温度,可促进剩磁、矫顽力与磁能积的提高,延长退火时间也有利于剩磁和磁能积的提高。在385℃时进行6 h的热处理,可获得最佳的磁性能:剩磁63.21 kA/m、矫顽力648 kA/m、磁能积1.2 kJ/m^(3)。适当提高保温温度和/或延长保温时间,可使Mn_(0.85)Ga_(0.15)相的尺寸减小,并与矫顽力升高的趋势相一致。Mn_(0.85)Ga_(0.15)相晶粒尺寸的减小有利于提高合金的磁性能。

关键词： Mn-Ga 纳米磁性材料高能球磨退火磁性能

电磁场对Inconel 625合金凝固组织及力学性能的影响

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金属学报 2013年第12期49卷 1573-1580页

作者：贾鹏王恩刚鲁辉赫冀成东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室沈阳110819

将电磁场引入到Inconel 625合金的凝固过程中,研究电磁力对合金凝固组织和力学性能的影响.结果表明,电磁场可显著细化合金晶粒,但当施加不合理的电流强度和频率时,电磁场会加速凝固前沿的熔体对流,导致凝固末端产生更严重的枝晶偏析,形... 详细信息

将电磁场引入到Inconel 625合金的凝固过程中,研究电磁力对合金凝固组织和力学性能的影响.结果表明,电磁场可显著细化合金晶粒,但当施加不合理的电流强度和频率时,电磁场会加速凝固前沿的熔体对流,导致凝固末端产生更严重的枝晶偏析,形成更多的共晶组织.微观表征结果表明,电磁场作用下Nb和Mo元素偏析比的增大,是共晶组织含量增多的根本原因.晶粒细化和共晶组织增多共同影响了合金的室温拉伸性能,使合金屈服强度提高、拉伸塑性下降.合理控制电流强度及频率大小可有效控制共晶组织分数.当施加电磁场的电流强度为100 A,频率为8 Hz时,合金中共晶组织含量最少,合金在不损失塑性的前提下屈服强度提高30%以上.

关键词：电磁场 Inconel 625合金凝固组织枝晶偏析拉伸性能