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大线能量焊接条件下低合金高强度钢针状铁素体形核影响因素及形核机理研究

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材料导报 2016年第13期30卷 102-105,118页

作者：刘岩王凯王建明贺春林沈阳大学辽宁省先进材料制备技术重点实验室沈阳110044 沈阳大学机械工程学院沈阳110044

综述了大线能量焊接条件下低合金高强度钢中针状铁素体形成的研究进展,概述了针状铁素体显微组织结构特点及其在低合金高强度钢中的主要性能,具体讨论了针状铁素体具有良好强韧性和抗断裂性等力学性能的原因,重点分析了大线能量焊接条... 详细信息

综述了大线能量焊接条件下低合金高强度钢中针状铁素体形成的研究进展,概述了针状铁素体显微组织结构特点及其在低合金高强度钢中的主要性能,具体讨论了针状铁素体具有良好强韧性和抗断裂性等力学性能的原因,重点分析了大线能量焊接条件下影响焊接热影响区中针状铁素体形核长大的因素,包括合金元素及夹杂物的种类和尺寸,得出针状铁素体的形核机理是多种机理联合作用的结果。

关键词：大线能量焊接低合金高强度钢针状铁素体力学性能形核机理

MAMT法制备半固态浆料中初生相的形核机理

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特种铸造及有色合金 2014年第11期34卷 1154-1158页

作者：曾怡丹郝新车广东许萍内蒙古工业大学材料科学与工程学院

研究了熔体分散混合法制备的半固态浆料初生相形成过程。通过对浆料组织EPMA和金相组织层剥离等试验、熔体分散混合工艺处理熔体的过冷度测定,描述了球状初生相的形成机制。结果表明,熔体在制浆室内均匀过冷,大量的晶核在过冷熔体中以... 详细信息

研究了熔体分散混合法制备的半固态浆料初生相形成过程。通过对浆料组织EPMA和金相组织层剥离等试验、熔体分散混合工艺处理熔体的过冷度测定,描述了球状初生相的形成机制。结果表明,熔体在制浆室内均匀过冷,大量的晶核在过冷熔体中以非自发形核的机制形成,均匀分布在熔体中,并且在过冷熔体中被保留下来,成为有效晶核,继而生长成为球状初生相。

关键词：熔体分散混合法半固态浆料形核机理近球状初生相

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熔融AlTiB细化纯Al新工艺及形核机理

中国有色金属学报 1997年第2期7卷 107-112页

作者：刘相法边秀房周生存黄保旭马家骥山东工业大学材料学院

首次提出了熔融ＡｌＴｉＢ细化纯Ａｌ新工艺，并与固态加入工艺进行了对比试验，结果表明：熔融态加入工艺具有接触时间短、细化效果更好的优点，当ＡｌＴｉＢ中间合金以固态形式加入时，ＴｉＢ２粒子易聚集成团，其形核率很低；以稀释... 详细信息

首次提出了熔融ＡｌＴｉＢ细化纯Ａｌ新工艺，并与固态加入工艺进行了对比试验，结果表明：熔融态加入工艺具有接触时间短、细化效果更好的优点，当ＡｌＴｉＢ中间合金以固态形式加入时，ＴｉＢ２粒子易聚集成团，其形核率很低；以稀释的熔融态形式加入时，ＴｉＢ２呈弥散分布。

关键词：细化形核机理铝合金浇铸

基于第一性原理的钢中钇氧化物热力学性质及形核机理研究

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基于第一性原理的钢中钇氧化物热力学性质及形核机理研究

作者：蒋鑫江西理工大学

学位级别：硕士

随着《中国制造2025》战略推进和国家基础建设的发展,高性能钢材的研究和生产已成为钢铁生产技术研究的一个重要课题。在钢的冶炼过程中添加稀土元素能够起到净化钢液、变性夹杂、微合金化等作用。然而,国内外对于钢中稀土氧化物的形核... 详细信息

随着《中国制造2025》战略推进和国家基础建设的发展,高性能钢材的研究和生产已成为钢铁生产技术研究的一个重要课题。在钢的冶炼过程中添加稀土元素能够起到净化钢液、变性夹杂、微合金化等作用。然而,国内外对于钢中稀土氧化物的形核机理研究非常贫乏,稀土氧化物的热力学数据库尤其是相关纳米热力学数据尚不完善,导致许多涉及机理性的研究无法进行。基于此,本文以炼钢过程中稀土钇的脱氧产物为研究对象,采用量子化学计算、第一性原理计算及热力学基础研究相结合的方法,重点研究了氧化钇团簇和纳米氧化钇颗粒的结构稳定性和各项热力学性质,从热力学的角度探究了不同尺度氧化钇颗粒之间的相互转变与演化规律。主要研究内容与结果如下:(1)利用人工蜂群算法与密度泛函理论相结合的方法构建了氧化钇团簇(YO)(n=1～15)的初始构型,得到了诸多与前人研究不同的新结构。小尺寸团簇的空间结构为笼状,随着尺寸的增加,团簇结构转变为空间梯形并最终演变为类椭球形结构。由于氧原子价键轨道少于半满(2P),而钇原子价键轨道全满(5S),电子填充p轨道的概率高于s轨道,因此二元混合氧化钇团簇比单质钇团簇具有更高的稳定性。当团簇中的分子数n=2,4,7,9时,其相对稳定性更高,二阶能量差分值与H-L能隙在确定团簇结构的稳定性时结果基本能够吻合。(2)基于第一性原理利用VASP对立方氧化钇晶体和纳米氧化钇颗粒进行了结构优化、态密度及声子谱计算,分析了热力学性质变化规律。立方氧化钇晶体最优晶格常数为10.621?,具有直接能带隙。氧化钇团簇和纳米氧化钇颗粒的热容和熵随着温度的升高而增加,振动自由能随着温度的升高而降低,计算结果符合一般热力学性质变化规律。在低温阶段不同尺度下氧化钇颗粒的热容与熵的值随温度的升高变化较快,在高温阶段随温度的升高变化较慢,这种现象在尺寸较小时表现较为明显。当尺寸达到100 nm左右时,与宏观氧化钇颗粒的数值接近,氧化钇团簇和纳米氧化钇颗粒的热力学性质均存在一定的尺寸依赖效应。(3)基于经典形核理论计算得到的钢液中氧化钇颗粒临界形核半径为1.83～2.35nm,基于纳米热力学计算得到的临界形核半径为2.15～3.16 nm。温度处于1800～2000 K范围内时,钇氧反应生成氧化钇团簇的ΔG形核理论为基础,建立了“钇氧反应-氧化钇团簇-氧化钇临界晶核-纳米尺度生长-宏观氧化钇颗粒”多步热力学模型。

关键词：第一性原理氧化钇形核机理热力学性质多尺度建模

Al-Cu-Zr系合金α-Al晶粒“免疫”形核机理与强韧化行为研究

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Al-Cu-Zr系合金α-Al晶粒“免疫”形核机理与强韧化行为研究

作者：阎汐睿山东大学

学位级别：硕士

Al-Cu-Zr系合金因具有高的比强度、良好的耐热性以及较高的热疲劳性能,被广泛应用于航空航天、国防军事等领域。然而,该系合金结晶温度范围较宽,α-Al枝晶往往较粗大,导致熔体流动性较差,易出现浇不足、缩松、热裂、成分偏析等铸造缺陷... 详细信息

Al-Cu-Zr系合金因具有高的比强度、良好的耐热性以及较高的热疲劳性能,被广泛应用于航空航天、国防军事等领域。然而,该系合金结晶温度范围较宽,α-Al枝晶往往较粗大,导致熔体流动性较差,易出现浇不足、缩松、热裂、成分偏析等铸造缺陷,影响合金的热加工工艺和力学性能。晶粒细化是改善铝合金铸造性能的重要途径,但在Al-Cu-Zr系合金中,由于Zr的存在,传统细化剂无法发挥正常的细化作用,出现Zr致细化“中毒”现象。因此,从根本上解决Al-Cu-Zr系合金的晶粒细化难题,优化合金的成型性能和服役性能迫在眉睫。本文将可免疫Zr致细化“中毒”的新型Al-TCB晶种合金(TCB为B掺杂型TiCx粒子的简称)应用于Al-Cu-Zr模型合金,研究了 TCB晶种对该合金的细化行为,揭示了其Zr致细化“中毒”免疫形核机理;在此基础上,系统研究了 Al-TCB晶种合金对Al-Cu-Zr系多元合金(ZL205A、2026)微观组织、成型及力学性能的影响;通过重力铸造结合热挤压变形的方法将亚微米SiN颗粒引入Al-Cu-Zr系合金中,制备了一种高强的SiN/Al-Cu-Zr基复合材料,并对其组织演变规律和强化机制进行了系统分析。本文的主要工作如下:(1)TCB晶种对Al-Cu-Zr合金中α-Al晶粒细化行为及“免疫”形核机理以Al-Cu-Zr模型合金为研究对象,分别添加等量的Al-Ti-B中间合金和Al-TCB晶种合金,试验研究了其对该铝合金的α-Al晶粒细化行为。结果表明,Al-Ti-B中间合金出现明显的Zr致细化“中毒”现象,Al-Cu-Zr合金的平均晶粒尺寸约为206 μm;相比之下,Al-TCB晶种合金表现出良好的晶粒细化效果,使该合金的平均晶粒尺寸稳定在94 μm左右,未出现明显的细化“中毒”现象,具有Zr致细化“中毒”免疫形核能力。进一步研究发现,添加Al-TCB晶种合金后,Al-Cu-Zr合金中α-Al的异质形核衬底源于TCB的演变产物TBC(C掺杂型TiB2粒子)及其两种粒子构成的复合颗粒。在Al-Cu-Zr熔体中,TCB具有向TBC演变的趋势,同时,TCB持续释放Ti、C、B原子,可致力于TBC在{111}TCB晶面上进行形核与生长,最终形成由TBC和TCB组成的复合颗粒。经演变形成的TBC对促进α-Al异质形核具有主导作用,而且在TBC/α-Al界面上未发现Zr的偏聚,使Al-TCB晶种合金具有免疫Zr致细化“中毒”的效果。(2)Al-TCB晶种合金对Al-Cu-Zr系合金微观组织、成型及力学性能的影响ZL205A铸造铝合金与2026变形铝合金均为典型的Al-Cu-Zr系多元合金,以两种合金为研究对象,系统研究了 Al-TCB晶种对其微观组织、成型性能、力学性能的影响。结果表明,向ZL205A合金中分别添加0.5%、1.0%、2.0%和4.0%的Al-TCB晶种合金后,α-Al晶粒的细化效果逐步提高,其平均晶粒尺寸由原始的236.8 μm分别减小至77.7 μm、75.5 μm、69.2 μm和63.9μm,晶粒形貌由树枝状转变为近球状。延长ZL205A熔体的保温时间后浇注试样,α-Al晶粒未发生明显的细化衰退现象。此外,当Al-TCB晶种合金添加量为1.0%时,ZL205A合金的熔体流动性得以改善,流动性试样的长度由457 mm增加至644 mm,提高了 40.9%。对热处理后的ZL205A室温拉伸性能进行检测,发现添加1.0%Al-TCB晶种合金后,合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别增加至430 MPa、493 MPa和9.7%,提升幅度分别为3.1%、3.6%和70.1%,延伸率得到大幅提升。在2026合金中分别引入0.5%、1.0%、2.0%、4.0%的Al-TCB晶种合金,α-Al晶粒的平均尺寸由481 μm减小至302μm、205 μm、149 μm和102 μm。相对于传统的Al-Ti-B和Al-Ti-C中间合金,Al-TCB晶种合金的晶粒细化效果更为显著。通过热模拟实验,对2026合金在热变形过程中的流变应力进行测试,并对合金在热变形过程中的组织演变规律进行分析。在400℃及0.01/s的应变速率下,2026合金的峰值流变应力随Al-TCB晶种合金的添加量增加而逐步降低,由最初的 50.9 MPa 分别降至 48.1 MPa、44.9 MPa、44.3 MPa 和 43.8 MPa。由此表明,因应用Al-TCB晶种合金引起的晶粒细化有助于降低2026合金在热变形过程中的变形抗力。在此基础上,将添加Al-TCB晶种合金的2026合金铸棒进行热挤压后,微观组织分析表明:挤压后α-Al晶粒尺寸与晶种合金的添加量具有相关性,其平均尺寸随晶种合金添加量增加而逐渐减小,与凝固后的晶粒细化结果吻合。当Al-TCB晶种合金的添加量

关键词： Al-Cu-Zr系合金 Al-TCB晶种合金晶粒细化形核机理力学性能

大线能量低焊接裂纹敏感性钢的焊接(二)——热影响区组织及晶内铁素体形核机理研究

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压力容器 2002年第8期19卷 35-38页

作者：张莉芹陈晓武汉科技大学武汉钢铁(集团)公司技术中心卜勇

利用焊接热模拟技术和透射电子显微镜对大线能量低焊接裂纹敏感性钢的焊接热影响区(HAZ)组织及晶内铁素体 (IGF)的形核机理进行了试验研究。通过对大线能量焊接 (10 0kJ/cm)条件下HAZ中IGF精细组织分析 ,认为IGF非均匀形核核心主要为富... 详细信息

利用焊接热模拟技术和透射电子显微镜对大线能量低焊接裂纹敏感性钢的焊接热影响区(HAZ)组织及晶内铁素体 (IGF)的形核机理进行了试验研究。通过对大线能量焊接 (10 0kJ/cm)条件下HAZ中IGF精细组织分析 ,认为IGF非均匀形核核心主要为富含MnS和Si元素的Ti2 O3复合粒子。

关键词：压力容器大线能量焊接焊接热模拟热影响区晶内铁素体形核机理

六次甲基四胺对电镀锌表面形貌及形核机理的影响研究

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武钢技术 2017年第1期55卷 36-38页

作者：黄道兵蔡捷冯冠文董蓓杨成志涂元强武钢研究院湖北武汉430080 华中科技大学材料科学与工程学院材料化学与服役失效湖北省重点实验室湖北武汉430074 武钢冷轧总厂湖北武汉430084

应用扫描电镜(SEM)、暂态电流电化学方法研究了六次甲基四胺(HMTA)对冷轧钢板在442g/L ZnSO4·7H2O镀液中电沉积锌层表面形貌及形核生长机理的影响,结果表明:HMTA的加入不影响电镀锌形核及生长机理:锌层结晶形核及生长遵循3D生长的瞬时... 详细信息

应用扫描电镜(SEM)、暂态电流电化学方法研究了六次甲基四胺(HMTA)对冷轧钢板在442g/L ZnSO4·7H2O镀液中电沉积锌层表面形貌及形核生长机理的影响,结果表明:HMTA的加入不影响电镀锌形核及生长机理:锌层结晶形核及生长遵循3D生长的瞬时形核机理;随着电沉积过电位的增大,添加HMTA的锌层结构由初始的片层状紧密排列的六方晶粒,变为晶粒更为精细的锥状结构。

关键词：电沉积形核机理硫酸盐镀液

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铝合金中气孔的形核机理

造型材料 1998年第1期22卷 49-52,63页

作者：疏达孙宝德上海交通大学材料科学与工程学院

综述了铝合金中气孔的形核机理。指出铝合金中气孔的形核主要是异质形核，形核位置主要在非润湿性的外生基底和／或液／固生长界面处，前者可以认为是凹槽机制起主要作用，而后者应该考虑非金属夹杂与生长界面的相互作用。只有被凝固界... 详细信息

综述了铝合金中气孔的形核机理。指出铝合金中气孔的形核主要是异质形核，形核位置主要在非润湿性的外生基底和／或液／固生长界面处，前者可以认为是凹槽机制起主要作用，而后者应该考虑非金属夹杂与生长界面的相互作用。只有被凝固界面推移的夹杂才能成为气孔形核的异质核心，而那些被吞没的夹杂则对气孔形成没有影响。

关键词：铝合金气孔形核机理异质形核

过冷液体钾形核初期微观动力学机理的模拟研究

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物理学报 2012年第5期61卷 326-332页

作者：刘丽霞侯兆阳刘让苏西安电子科技大学数学系西安710071 长安大学应用物理系西安710064 湖南大学物理与微电子科学学院长沙410082

采用分子动力学方法对液态金属钾凝固过程进行了模拟,根据凝固过程体系平均原子能量、原子成键类型和成团类型,以及均方位移和非Gauss参数等动力学参数的演化特征,对过冷熔体形核初期微观动力学机理进行了研究.结果表明:根据过冷液体钾... 详细信息

采用分子动力学方法对液态金属钾凝固过程进行了模拟,根据凝固过程体系平均原子能量、原子成键类型和成团类型,以及均方位移和非Gauss参数等动力学参数的演化特征,对过冷熔体形核初期微观动力学机理进行了研究.结果表明:根据过冷液体钾结晶形核过程热力学、动力学和结构特性的演化规律,其过冷温度区间可以分为两个明显不同的阶段,潜在结晶核心出现在过冷液体较低温区.过冷熔体钾在形核初期,二十面体团簇结构在α-弛豫阶段逐渐解体,同时具有体心立方(bcc)结构的潜在结晶核心逐步形成,其临界晶核包含约300个原子.

关键词：过冷液体形核机理分子动力学模拟团簇结构