检索结果-南通市图书馆

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

基于相场模拟的倾斜共晶组织形貌演化研究

基于相场模拟的倾斜共晶组织形貌演化研究

作者：罗磊昆明理工大学

学位级别：硕士

共晶合金是工业上应用最为广泛的一类合金,其组织形态以两相或多相固态从液体中同时共生生长为特征。其共晶组织存在于许多重要的结构材料和功能材料当中,而倾斜共晶组织是非倾斜共晶组织在诸多因素影响下形成的与热流方向相反且与之成... 详细信息

共晶合金是工业上应用最为广泛的一类合金,其组织形态以两相或多相固态从液体中同时共生生长为特征。其共晶组织存在于许多重要的结构材料和功能材料当中,而倾斜共晶组织是非倾斜共晶组织在诸多因素影响下形成的与热流方向相反且与之成一定倾斜角的共晶组织。倾斜共晶组织的生长机理和共晶生长界面稳定性等重要问题为学者们当前研究的重要课题。本文将对倾斜共晶界面演化进行研究。由于相场法具有通过连续变化的相参数统一表示多相变化而避免了固液界面追踪的优点,因此本文应用相场模拟法研究倾斜共晶组织的形成机理。本文针对共晶组织生长系统,建立了相场模型,并应用有限差分方法对模型进行了求解。在等温条件和定向凝固条件下,分别考虑了倾斜共晶和非倾斜共晶界面形貌的演化规律。获得了固固界面各向异性、固液界面各向异性、抽拉速度和温度梯度等因素对共晶组织形貌的影响规律,从本质上揭示倾斜共晶组织生长机制。通过本论文研究,得到重要结论如下:（1）在各向同性和等温条件下,获得了过冷度对共晶组织的影响规律。随着过冷度的增大,共晶固液界面生长速度逐渐增大。当过冷度达到一定值,β相在α相固液界面前沿形核长大,导致α相组织发生分岔现象。过冷状态下生长的倾斜共晶的倾斜角逐渐减小。（2）在各向同性和定向凝固条件下,获得了抽拉速度、温度梯度和共晶组织层片间距对共晶组织影响规律。抽拉速度越大,共晶组织层片间距越小,该规律与Jackson-Hunt共晶理论规律一致;当抽拉速度较小时,非倾斜共晶组织通过α相与β相两相组织分岔现象和合并现象来调整共晶间距,而倾斜共晶组织仅通过α相组织分岔现象来调整共晶组织;增大抽拉速度,都是通过α相组织分岔来调整共晶间距。且随着抽拉速度增大,倾斜共晶组织倾斜角变小。当初始共晶间距较小时,共晶组织保持着稳定状态生长,当初始共晶间距较大时,共晶组织生长不稳定,α相组织发生分岔现象,且层片间距较小的共晶生长速度较快。（3）在各向异性条件和等温条件下,获得了固固界面各向异性、固液界面各向异性、共晶组织层片间距对共晶组织影响规律。当固固界面各向异性较小时,大初始共晶间距的共晶组织发生了α相分岔现象;各向异性的增大促使了共晶发生耦合生长,较大的固固界面各向异性促使共晶生长发生倾斜;当固固界面各向异性较强时,共晶组织发生了β相分岔现象。固液界面各向异性的增大具有稳定共晶组织固液界面的作用,共晶组织固液界面最演变为平直界面。（4）在各向异性条件和定向凝固条件下,获得了固固界面各向异性、固液界面各向异性、共晶组织层片间距和抽拉速度对共晶组织影响规律。共晶生长方向主要受到热流方向和固固界面各向异性方向耦合作用,当固固界面各向异性较小时,热流方向主导了共晶组织生长方向,共晶界面沿着热流相反方向生长,当固固界面各向异性增大到一定程度,将会有倾斜共晶组织的产生。固固界面各向异性影响着共晶组织层片间距和倾斜角,随着固固界面各向异性增大,共晶组织层片间距减小,倾斜角增大。固液界面各向异性的增大,使共晶组织生长趋于稳定,固液界面最终演变为平直界面。固液界面各向异性影响着共晶组织层片间距,随着固液界面各向异性增大,共晶组织层片间距增大,但固液界面各向异性并不影响共晶组织倾斜角。在共晶组织生长中,主要发生了两种不稳定现象,第一种不稳定现象为分岔或合并现象,对共晶组织进行间距调整,第二种不稳定现象为错配现象,主要受到大抽拉速度和强固固界面各向异性的影响。

关键词：倾斜共晶相场模拟各向异性定向凝固共晶形貌

探究二元共晶的生长过程：实时原位观察、数值模拟与解析解研究

同方学位论文库评论

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

材料导报 2019年第5期33卷 871-880页

作者：陈祥楷李向明昆明理工大学材料科学与工程学院昆明650093

由定向凝固法在一定凝固速度范围内制备得到的共晶通常为层状或棒状结构共晶。层状和棒状二元共晶合金具有优良的物理、化学和力学性能,被广泛应用于航空航天和汽车等领域,应用前景广阔。值得指出的是共晶合金已被应用于飞机发动机的涡... 详细信息

由定向凝固法在一定凝固速度范围内制备得到的共晶通常为层状或棒状结构共晶。层状和棒状二元共晶合金具有优良的物理、化学和力学性能,被广泛应用于航空航天和汽车等领域,应用前景广阔。值得指出的是共晶合金已被应用于飞机发动机的涡轮叶片。近几十年来,国内外研究人员已经从共晶生长的实时原位观察实验、数值模拟和解析解计算三个方面展开了大量研究。共晶间距对共晶合金的性能具有显著影响,进而影响共晶合金在实际中的应用。在共晶生长过程中,工艺参数如凝固速度、共晶成分、固相体积分数、温度梯度、合金的初始浓度等是共晶间距的重要影响因素。此外,共晶形貌受共晶生长的稳定性和相界各向异性的影响。因此,研究人员在进行共晶生长的实时原位观察实验、数值模拟和解析解计算时主要关注工艺参数对共晶间距和共晶形貌的影响规律。大量的实时原位观察实验和数值模拟的研究结果表明,当凝固速度和合金的初始浓度增大时,层状共晶或棒状共晶间距减小。共晶成分发生变化时,共晶结构在层状和棒状之间发生转变。此外,共晶结构的转变条件依赖于α和β固相体积分数,当α和β两固相体积分数相差较大时,共晶倾向于形成棒状结构。当α和β两固相体积分数相接近时,共晶倾向于形成层状结构。同时,研究人员已经建立了共晶生长的数学模型并使用数学方法计算获得了共晶生长的解析解,进而研究了工艺参数对界面形貌和临界共晶间距的影响规律。本文从定向凝固条件下层状共晶和棒状共晶生长的实时原位观察的实验研究、数值模拟和解析解计算三方面分别阐述了工艺参数对共晶间距和共晶形貌的影响规律;重点阐述了在层状共晶和棒状共晶生长过程中,工艺参数如凝固速度、共晶成分和固相体积分数对共晶间距的影响规律;概述了相界的各向异性及共晶生长的稳定性对共晶形貌的影响规律。此外,对一种特殊的二元棒状共晶生长的实时原位观察和解析解计算进行了介绍,指出了目前该研究领域存在的一些问题,并对未来的研究工作进行了展望。

关键词：共晶生长凝固速度共晶形貌共晶间距形貌实时观察数值模拟二元棒状共晶

4GPa超高压凝固Mg-6Zn-3Y合金的凝固组织及相分析

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

中国稀土学报 2011年第6期29卷 661-667页

作者：林小娉董允徐瑞陈建超赵鑫马晓斌东北大学材料与冶金学院辽宁沈阳110004 燕山大学材料科学与工程学院河北秦皇岛066004

利用X射线衍射仪、扫描电镜并配合能谱分析研究了Mg-6Zn-3Y合金4 GPa超高压凝固组织。结果表明:在4 GPa超高压条件下凝固时,实验合金的凝固组织得到显著细化,基体α-Mg相的晶格间距有所减小;Zn在基体α-Mg中溶解度大幅提高,Y不溶于基体... 详细信息

利用X射线衍射仪、扫描电镜并配合能谱分析研究了Mg-6Zn-3Y合金4 GPa超高压凝固组织。结果表明:在4 GPa超高压条件下凝固时,实验合金的凝固组织得到显著细化,基体α-Mg相的晶格间距有所减小;Zn在基体α-Mg中溶解度大幅提高,Y不溶于基体α-Mg;实验合金凝固组织中出现呈对称性的四瓣或六瓣花的初晶Y固溶体,该初晶花瓣形貌完整、尺寸较大,显示其充分自由生长;先发生的共晶反应的共晶组织为成"簇"分布的共晶团,共晶相呈点状或棒状;后发生的共晶反应的组织为离异共晶。超高压凝固显著地改变了实验合金的凝固过程。

关键词：超高压凝固微观组织富Y花瓣相共晶形貌稀土

定向凝固NiAl－Cr、NiAl－（Cr，Mo）共晶合金的显微结构研究

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

金属热处理学报 1996年第A期17卷 73-78页

作者：陈贤芬上海交通大学

利用ＴＥＭ研究了两种定向凝固共晶合金ＮｉＡｌ－Ｃｒ和ＮｉＡｌ－（Ｃｒ，Ｍｏ）在不同状态下的显微结构特征，以能了解其复相强韧化作用。它们的显微结构分别呈棒状和层状形态。共晶两相间的界面呈半共格，存在不可动的位错网。此外... 详细信息

利用ＴＥＭ研究了两种定向凝固共晶合金ＮｉＡｌ－Ｃｒ和ＮｉＡｌ－（Ｃｒ，Ｍｏ）在不同状态下的显微结构特征，以能了解其复相强韧化作用。它们的显微结构分别呈棒状和层状形态。共晶两相间的界面呈半共格，存在不可动的位错网。此外，在（Ｃｒ，Ｍｏ）相上分布着细小的共格ＮｉＡｌ析出相。经形变后，ＮｉＡｌ相中的位错被界面位错网钉扎，（Ｃｒ，Ｍ０）相中未发现位错。经１３００Ｋ×５００ｈ热处理，共晶形态稳定不变，ＮｉＡｌ析出相稍显粗化。

关键词：定向凝固共晶形貌界面位错网共晶合金

在线全文

学校读者我要写书评

暂无评论

冷却速度对镁—铝系合金凝固组织影响的研究

冷却速度对镁—铝系合金凝固组织影响的研究

作者：罗红斌西安理工大学

学位级别：硕士

为了改善镁-铝系合金的高温抗蠕变性能,提高其塑性和韧性,必须深化对镁-铝系合金的凝固机制,特别是Mg-Mg17Al12共晶组织的形成机制的认知,这将有助于通过调整合金成分,改进铸造条件,来控制合金的凝固组织,以获得性能良好的铸件。本文采... 详细信息

为了改善镁-铝系合金的高温抗蠕变性能,提高其塑性和韧性,必须深化对镁-铝系合金的凝固机制,特别是Mg-Mg17Al12共晶组织的形成机制的认知,这将有助于通过调整合金成分,改进铸造条件,来控制合金的凝固组织,以获得性能良好的铸件。本文采用不同的铸型条件,以获得不同冷却速度,制备了铝含量从3wt.%～38wt.%的宽成分范围的镁合金凝固试样。采用OM、SEM等手段观察了合金的显微组织,采用XRD定量分析计算了阶梯金属型试块两个区域显微组织中Mg17Al12相的质量分数,采用DSC和TEM分析了在近共晶成分的合金中出现的特殊共晶组织,依据凝固动力学、热力学理论分析了镁-铝合金共晶生长机制。研究结果表明:冷却速度的影响作用是:随冷却速度增大,初生树枝晶的晶粒越小,二次、三次枝晶臂发达。在铝含量较低时,随冷却速度增加,凝固组织中β相的析出量增加;在铝含量较高时,随冷却速度增加,凝固组织中β相的析出量反而减少。冷却速度对共晶成分合金凝固组织中β相的析出量几乎没有影响。冷却速度增大,增加了在β相形核前形成大过冷度的可能性,使共晶β相趋向于以离异方式生长。高冷速下发达的树枝晶生长也会增大形成离异共晶组织的倾向。Mg-Al系合金的共晶形貌有着多种类型。随铝含量的增加,共晶组织经历了完全离异、部分离异、粒状到纤维状和层片状共晶的转变。这一系列转变是一个连续的过程,粒状共晶可以看作是规则共晶(共生生长)和非规则共晶(分离生长)的一种过渡形貌。共晶的质量分数处于30%～50%范围内是Mg-Mg17Al12规则共晶-非规则共晶的过渡区,在此范围内还会受到冷却速度和初生枝晶形貌影响。在普通铸造的冷却速度条件下,近共晶成分Mg-Al合金的凝固过程中,有可能会形成一种带有板条状鱼脊特征的树枝状共晶组织。即先析出板条状共晶,然后以板条状共晶为树枝主杆,侧向生长出纤维状共晶作为分枝,形成一种特殊形貌的树枝状共晶组合体。这种共晶形貌在以前的文献中尚未见报道。

关键词：镁-铝系合金冷却速度凝固组织共晶形貌先析出板条状共晶

同方学位论文库评论

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

棒状类共晶生长的稳态解的解析研究

棒状类共晶生长的稳态解的解析研究

作者：陈祥楷昆明理工大学

学位级别：硕士

由定向凝固法在一定凝固速度范围内制备获得的金属-金属共晶和金属-气体共晶材料表现出许多优异的物理、化学和力学性能。共晶间距或气孔间距等形貌参数对共晶材料的性能存在极其显著的影响。因此,建立棒状共晶生长的数学模型并借助数... 详细信息

由定向凝固法在一定凝固速度范围内制备获得的金属-金属共晶和金属-气体共晶材料表现出许多优异的物理、化学和力学性能。共晶间距或气孔间距等形貌参数对共晶材料的性能存在极其显著的影响。因此,建立棒状共晶生长的数学模型并借助数学方法计算获得共晶生长的解析解的理论研究变得越来越重要。为了研究定向凝固条件下工艺参数对棒状共晶微观结构的影响规律,本论文建立了稳态条件下金属-金属棒状共晶和金属-气体棒状共晶生长的数学模型。三相结合处的接触角可能是大角度或者小角度,即三相结合处存在奇异摄动现象。本论文分三相结合处的接触角为大角度和小角度两种情况,采用渐近展开法和匹配法计算获得了棒状共晶生长的界面函数和溶质浓度场的一致有效渐近解。在所获界面函数和溶质浓度场的一致有效渐近解的基础上,获得了界面的有量纲平均过冷度与棒状共晶间距的变化规律。当界面的有量纲平均过冷度达到最小值时,获得了棒状共晶临界间距或临界孔间距与工艺参数的关系。同时获得了固-液界面二维形貌或气孔界面二维形貌与工艺参数的关系。特别地,通过计算获得了工艺参数对孔隙率的影响规律。本论文研究的主要内容和结论如下:(1)研究了在金属-金属棒状共晶生长体系中,金属-金属棒状共晶临界间距和固-液界面二维形貌随凝固速度、温度梯度、合金的初始浓度和?相的固相体积分数的变化规律。同时,将计算结果与Jackson-Hunt结果进行对比。结果表明,金属-金属棒状共晶临界间距不受温度梯度的影响,但随合金的初始浓度、凝固速度和?相的固相体积分数的增大均呈现减小的趋势;伴随着凝固速度的增大,?固相前沿的固-液界面由凸变凹,而?固相前沿的固-液界面越来越凹,然而,伴随着温度梯度的减小,?固相前沿的固-液界面越来越凸,?固相前沿的固-液界面越来越凹;无论三相结合处的接触角为大角度还是小角度,本论文预测的棒状共晶临界间距均比Jackson-Hunt预测的结果小,且当已凝固相与液相的三相结合处的接触角接近于0度时,本论文预测的金属-金属棒状共晶临界间距与Jackson-Hunt预测的结果相一致。(2)研究了在金属-气体棒状共晶生长体系中,凝固速度、温度梯度、气体压力、热区温度对孔隙率、气孔的界面二维形貌和临界孔间距的影响规律。同时,将理论结果与实验结果进行对比。结果表明,孔隙率与凝固速度和温度梯度无关,但随热区温度的增大而增大,并随气体压力的增大而减小;伴随着气体压力和凝固速度的增大及其热区温度的减小,气孔的界面发生收缩,然而,温度梯度的变化几乎不影响气孔的界面形貌;临界孔间距随气体压力的增大而减小,随热区温度的增大而增大,且随凝固速度的变化规律与铜-氢棒状共晶生长实验结果相一致。

关键词：共晶生长凝固速度共晶形貌共晶间距