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定向凝固镁合金的研究进展及应用前景

材料导报 2022年第6期36卷 135-141页

作者：贾红敏常剑秀西安石油大学材料科学与工程学院西安710065

镁及镁合金在轻量化、节能减排和减少环境污染等方面具有极大的使用优势,近年来在汽车、电子、航空航天等领域得到了日益广泛的应用。但强度低、变形加工能力差、化学活性大、抗腐蚀性能差等问题严重制约了镁及镁合金的使用。因此,开发... 详细信息

镁及镁合金在轻量化、节能减排和减少环境污染等方面具有极大的使用优势,近年来在汽车、电子、航空航天等领域得到了日益广泛的应用。但强度低、变形加工能力差、化学活性大、抗腐蚀性能差等问题严重制约了镁及镁合金的使用。因此,开发高性能的镁合金材料是当前研究的重点和难点。现阶段,添加合金元素、开展热处理、开发新型镁基复合材料等方法被用于提高镁合金力学性能及加工变形能力,但考虑合金凝固特性与性能关系的研究较少。科学合理地解释镁合金凝固特性会为合金的广泛应用提供理论依据,合理地控制合金的凝固路径对合金设计和制备具有重要的科学价值及工程意义。定向凝固技术能够通过调节凝固参数定制凝固组织,便于获得准确的成分-组织-工艺-性能之间的对应关系,是研究合金凝固过程的重要方法。通过定向凝固技术能够有效地控制镁合金的凝固组织及晶粒生长取向,从而改善合金性能。因此,近年来国内外学者针对定向凝固镁合金开展了大量的实验研究和理论分析,在镁合金定向凝固组织演变、生长取向及力学性能等方面获得了一些规律性结果。本文在开展实验研究的基础上,总结了定向凝固镁合金的研究进展,分析了现有研究中存在的问题,并展望了定向凝固镁合金的应用前景。

关键词：定向凝固镁合金组织演变生长取向性能

定向凝固过程中固有磁场作用下的导电硅熔体流动特性

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西安交通大学学报 2022年第5期56卷 64-73页

作者：李早阳刘文超周亮宇刘立军王跃西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 泰州英格伟精密机械有限公司江苏泰州225300

以定向凝固法生长硅晶体为例,针对加热器生成固有磁场作用下导电硅熔体的流动特性开展数值模拟研究。首先计算获得了不同加热电流接入方式下熔体区域洛伦兹力的大小与方向分布,进而研究了洛伦兹力驱动下熔体流动的结构与强度。结果表明... 详细信息

以定向凝固法生长硅晶体为例,针对加热器生成固有磁场作用下导电硅熔体的流动特性开展数值模拟研究。首先计算获得了不同加热电流接入方式下熔体区域洛伦兹力的大小与方向分布,进而研究了洛伦兹力驱动下熔体流动的结构与强度。结果表明,导电硅熔体中加热器生成固有磁场的磁感应强度约为10^(-3) T、感应电流密度约为10^(4) A/m^(2)、最大洛伦兹力可达12 N/m^(3),大的洛伦兹力主要分布在熔体的上部和侧部表面附近区域,能够驱动熔体流动呈现强烈的三维特征,改变加热电流的接入方式能够显著影响洛伦兹力的空间分布及熔体的流动特性。相关研究有助于深入认识加热器的加热与磁场控制双重功能,有助于实现对导电熔体流动和定向凝固过程的精确控制。

关键词：定向凝固固有磁场熔体流动数值模拟

定向凝固与固态相变双联协控下Monel K-500合金的组织和性能

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金属学报 2024年

作者：杨明辉李星吾孙崇昊阮莹西北工业大学物理科学与技术学院

Monel K-500合金具有优异的耐腐蚀性和良好的力学性能，被广泛应用于化工、船舶等领域。为研究定向凝固与固态相变双联协控技术对合金力学性能的作用机制，在不同生长速率下采用定向凝固和双联协控技术制备了MonelK-500合金，并对合金... 详细信息

Monel K-500合金具有优异的耐腐蚀性和良好的力学性能，被广泛应用于化工、船舶等领域。为研究定向凝固与固态相变双联协控技术对合金力学性能的作用机制，在不同生长速率下采用定向凝固和双联协控技术制备了MonelK-500合金，并对合金的微观组织和拉伸性能进行了分析。定向凝固条件下合金的微观组织由γ相枝晶构成。当生长速率由100减小至5μm/s时，合金凝固时的温度梯度增大。在生长速率和温度梯度共同影响下枝晶组织逐渐粗化。合金中Cu元素偏析减弱且γ相织构强度增大，屈服强度与抗拉强度分别从248MPa和421 MPa提高至288 MPa和487 MPa，延伸率由63.4%增大至69.9%。定向凝固与固态相变双联协控条件下，γ’沉淀强化相析出，且微观偏析进一步减弱。随着生长速率减小，双联协控合金的屈服强度与抗拉强度增大，延伸率先减小后增大，裂纹由穿晶与沿晶混合模式转变为以穿晶为主的扩展模式。断裂后合金样品中γ相的晶体取向分析表明，合金中与择优生长方向取向不一致的杂晶会引起晶粒内位错密度增大，从而造成合金的延伸率降低。而晶粒细化有利于合金变形过程中应力的均匀分布，提高合金延伸率。相比于定向凝固，生长速率为5μm/s时双联协控合金的屈服与抗拉强度分别提高了34%和41%。

关键词： Monel K-500合金定向凝固固态相变生长速度微观组织力学性能

定向凝固MnNi合金复合相变行为的阻尼特性

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航空材料学报 2022年第5期42卷 81-90页

作者：王迪玮牛红康田青超上海大学省部共建高品质特殊钢冶金与制备国家重点实验室上海200444

在定向凝固过程中可通过改变拉速来改变合金的元素偏析程度以影响合金的相变行为。通过定向凝固手段,分别使用不同拉速制备4个MnNi合金试样。采用差示扫描量热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)、热膨胀分析、动态力学分析(DMA)等研究合金相变... 详细信息

在定向凝固过程中可通过改变拉速来改变合金的元素偏析程度以影响合金的相变行为。通过定向凝固手段,分别使用不同拉速制备4个MnNi合金试样。采用差示扫描量热分析(DSC)、X射线衍射(XRD)、热膨胀分析、动态力学分析(DMA)等研究合金相变行为;使用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜观察合金的微观组织。结果表明:定向凝固MnNi合金的微观组织具有多形性的特征,合金中存在从微米级到纳米级的多尺度的孪晶,其协调运动使得孪晶内耗是轧制合金的3~6倍;在加热过程中合金在贫Mn区枝晶间发生fct_(1)→fcc相变,在富锰枝晶干发生fct_(2)→fco→fcc多阶相变,这种复合相变行为使得定向凝固态MnNi合金在宽温域内其阻尼能力是轧态MnNi合金的2~6倍。

关键词： MnNi阻尼合金定向凝固相变孪晶组织

定向凝固速率对Cu-Cr-Zr合金组织与力学性能的影响

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特种铸造及有色合金 2023年第1期43卷 62-67页

作者：刘德志刘金刚赵性川马杰王长征黄宝旭聊城大学材料科学与工程学院鑫鹏源(聊城)智能科技有限公司

采用定向凝固技术制备了不同凝固速率的Cu-0.67Cr-0.3Zr合金。凝固速率在13.2~242μm/s时,合金为胞晶生长方式,且胞晶尺寸随凝固速率的增大而逐渐减小,在胞晶间的组织为共晶组织。在凝固速率为13.2、26μm/s的试样胞晶内部观察到微米级... 详细信息

采用定向凝固技术制备了不同凝固速率的Cu-0.67Cr-0.3Zr合金。凝固速率在13.2~242μm/s时,合金为胞晶生长方式,且胞晶尺寸随凝固速率的增大而逐渐减小,在胞晶间的组织为共晶组织。在凝固速率为13.2、26μm/s的试样胞晶内部观察到微米级棒状BCC结构Cr相。另外,在试样的α-Cu基体中均观察到均匀分布的纳米级FCC结构Cr颗粒,且颗粒密度随凝固速率增大而升高。此外,随凝固速率增大,合金的硬度和屈服强度升高。

关键词：定向凝固 Cu-Cr-Zr合金组织凝固速率力学性能

定向凝固多孔Mg-Zn合金的制备及气孔结构

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稀有金属材料与工程 2021年第2期50卷 497-503页

作者：肖心雄刘源金青林周灿旭张华伟李言祥李再久昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093 清华大学材料科学与工程学院北京100084 先进成形制造教育部重点实验室(清华大学) 北京100084

采用Bridgman型定向凝固法制备出藕状多孔Mg-Zn合金。研究了不同锌含量和氢气压力对气孔形貌的影响。通过理论计算对Mg-1Zn(质量分数,%,下同)合金的孔隙率进行了预测。结果表明,锌元素的加入会对孔结构产生重大影响。随着Zn含量从0%增加... 详细信息

采用Bridgman型定向凝固法制备出藕状多孔Mg-Zn合金。研究了不同锌含量和氢气压力对气孔形貌的影响。通过理论计算对Mg-1Zn(质量分数,%,下同)合金的孔隙率进行了预测。结果表明,锌元素的加入会对孔结构产生重大影响。随着Zn含量从0%增加到2%,平均孔径增加。随着氢气压力从0.1 MPa增加到0.6 MPa,Mg-1Zn合金的孔隙率明显降低。基于氢气在多组分熔融金属中溶解度的计算模型,Mg-1Zn合金铸锭凝固高度为20 mm的不同氢压孔隙率的计算结果与实验的结果比较吻合。通过组织观察表明,随着Zn含量的增加,凝固组织由柱状晶转变为等轴晶。此外,研究了在不同凝固阶段孔的形成过程,可为在生物医用材料中应用的定向凝固多孔Mg-Zn合金的制备提供理论依据。

关键词：多孔镁锌合金 Gasar工艺定向凝固

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定向凝固高熵合金研究进展

热加工工艺 2024年

作者：徐义库张经纬常锦睿田天啸赵秦阳陈永楠长安大学材料科学与工程学院

综述了国内外定向凝固高熵合金的研究现状。基于不同的高熵合金体系，描述了定向凝固高熵合金的微观结构和元素偏析，并着重分析了定向凝固高熵合金的力学性能和强化机理。最后展望了其今后的发展趋势，为进一步优化高熵合金的力学性能... 详细信息

综述了国内外定向凝固高熵合金的研究现状。基于不同的高熵合金体系，描述了定向凝固高熵合金的微观结构和元素偏析，并着重分析了定向凝固高熵合金的力学性能和强化机理。最后展望了其今后的发展趋势，为进一步优化高熵合金的力学性能奠定思路。

关键词：高熵合金定向凝固微观组织强化机制

定向凝固糊状区枝晶粗化和二次臂迁移的实验和模拟

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金属学报 2019年第5期55卷 664-672页

作者：方辉薛桦汤倩玉张庆宇潘诗琰朱鸣芳东南大学材料科学与工程学院江苏省先进金属材料高技术研究重点实验室南京211189 南京理工大学材料科学与工程学院南京210094

采用透明合金原位观察实验和元胞自动机(CA)模拟,对丁二腈-丙酮(SCN-ACE)合金在定向凝固过程中糊状区的枝晶形貌演化进行了分析研究。实验和模拟均观察到了由于小枝晶臂重熔、相邻枝晶臂从尖端或根部合并的3种枝晶臂粗化模式,以及由于... 详细信息

采用透明合金原位观察实验和元胞自动机(CA)模拟,对丁二腈-丙酮(SCN-ACE)合金在定向凝固过程中糊状区的枝晶形貌演化进行了分析研究。实验和模拟均观察到了由于小枝晶臂重熔、相邻枝晶臂从尖端或根部合并的3种枝晶臂粗化模式,以及由于温度梯度区域熔化(TGZM)效应所引起的二次枝晶臂向高温方向的迁移现象。结果表明,枝晶臂的迁移速率随温度梯度的提高而加快;随保温时间的延长,枝晶臂的迁移速率降低。实验值和解析解吻合良好。通过模拟证实了必须有熔化效应才能实现枝晶臂迁移和小枝晶臂重熔的粗化模式。此外,熔化效应对由相邻枝晶臂合并引起的粗化模式也有显著的促进作用。

关键词：定向凝固枝晶温度梯度区域熔化元胞自动机

定向凝固速度对Mg-Ag-Zn合金导热率的影响（英文）

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稀有金属材料与工程 2018年第8期47卷 2360-2364页

作者：马雁翔李秋书王旭东太原科技大学山西太原030024 智奇铁路设备有限公司山西太原030032

制备铸态Mg-1Ag-Zn,Mg-3Ag-Zn和Mg-5Ag-Zn合金试样,并计算其导热率。随着Ag含量的增加,铸态合金试样的导热率减小。再将其铸态合金的试样以3种不同的定向凝固速率(V=25μm/s,V=50μm/s,V=75μm/s)制备成定向凝固试样,计算其定向凝固试... 详细信息

制备铸态Mg-1Ag-Zn,Mg-3Ag-Zn和Mg-5Ag-Zn合金试样,并计算其导热率。随着Ag含量的增加,铸态合金试样的导热率减小。再将其铸态合金的试样以3种不同的定向凝固速率(V=25μm/s,V=50μm/s,V=75μm/s)制备成定向凝固试样,计算其定向凝固试样的导热率。结果显示:随着定向凝固速率的增加,合金的导热率降低。合金中溶质元素的含量与定向凝固速率是影响导热率的重要因素,这2个因素可以增强电子和声子的散射过程,减少自由行程,最终降低合金的导热率。

关键词：镁合金定向凝固 Ag含量导热率