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熔体热历史对Al-Cu合金熔体结构的影响

有色金属 2008年第4期60卷 22-25页

作者：司乃潮赵罗根孙克庆江苏大学材料科学与工程学院江苏镇江212013

提出包含几种不同性质微观不均匀区的Al-Cu合金熔体物理模型,认为合金熔体中同时存在着不可逆类固型原子团簇、可逆类固型原子团簇、可逆类液型原子团簇的不均匀现象。有效地解释了熔体热历史对Al-Cu合金熔体结构影响的内在机制,以及长... 详细信息

提出包含几种不同性质微观不均匀区的Al-Cu合金熔体物理模型,认为合金熔体中同时存在着不可逆类固型原子团簇、可逆类固型原子团簇、可逆类液型原子团簇的不均匀现象。有效地解释了熔体热历史对Al-Cu合金熔体结构影响的内在机制,以及长期以来不易理解的熔体过热处理使熔体结构状态发生不可逆变化即熔体的粘滞系数η和溶质扩散系数DL出现滞后效应以及形核过冷度ΔT-增加的现象。

关键词：金属材料 Al—Cu合金熔体热历史微观不均匀区形核过冷度不可逆变化

熔体热历史对Al合金凝固特性影响的分子动力学模拟

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熔体热历史对Al合金凝固特性影响的分子动力学模拟

作者：王少刚西安工业大学

学位级别：硕士

合金的熔体热历史对材料的组织与性能等有着直接和重要的影响,当前对凝固过程的研究已经扩展到凝固开始前的液态金属结构对凝固组织的影响,研究熔体热历史对Al合金凝固特性的影响具有重要的理论意义和实际价值。本文通过采用分子动力学... 详细信息

合金的熔体热历史对材料的组织与性能等有着直接和重要的影响,当前对凝固过程的研究已经扩展到凝固开始前的液态金属结构对凝固组织的影响,研究熔体热历史对Al合金凝固特性的影响具有重要的理论意义和实际价值。本文通过采用分子动力学模拟的方法测定了 Al-Ni合金、Al-Cu合金和Al-Ti合金的熔点并选择了体系最适合的势函数,对不同冷却速率下的径向分布函数以及凝固后的微观组织结构进行对比分析,通过改变初始温度和弛豫时间分析了热历史对熔体扩散系数的影响。得到的主要结论有:采用多种势函数获得三种Al合金的模拟熔点,Al-Ni模拟熔点与实际熔点最小误差为39.12K;Al-Cu模拟熔点与实际熔点最小误差为32.76K;Al-Ti模拟熔点与实际熔点最小误差为45.13K。模拟计算得到Al-Ni合金的径向分布函数中,在1.0×1010K/s的冷却速率下Al0.25Ni0.75熔体的径向分布函数呈现出明显的晶体特征,凝固后面心立方结构占89%;在1.0×1010K/s的冷却速率下Al0.8Ni0.2熔体的径向分布函数呈现出明显的晶体特征,凝固后面心立方结构和密排六方结构占85.8%。Al-Cu合金的径向分布函数中,在1.O×1O10K/s的冷却速率下Al0.67Cu0.33熔体的径向分布函数呈现出明显的晶体特征,凝固后面心立方和密排六方结构占81.2%;在1.O×1010K/s的冷却速率下Al0.96Cu0.04熔体熔体的径向分布函数呈现出明显的晶体特征,凝固后面心立方结构90.9%。Al-Ti合金的径向分布函数中,在1.0×1010K/s的冷却速率下Al0.5Ti0.5熔体的径向分布函数呈现出明显的晶体特征,凝固后面心立方和密排六方结构占95.1%。在1.0×1011K/s的冷却速率下Al0.75Ti0.25熔体的径向分布函数呈现出明显的晶体特征,但晶体结构分析显示原子结构排列比较散乱,此时凝固后密排六方结构占 54.5%。Al-Ni合金中Al0.25Ni0.75合金扩散系数受初始温度变化影响较大;Al-Cu合金中Al0.67Cu0.32合金扩散系数受初始温度变化影响较大;Al-Ti合金中Al0.75Ti0.25合金扩散系数受初始温度变化影响较大。弛豫时间与合金扩散系数并不是简单的线性关系,而是当弛豫时间到达临界值后扩散系数趋于稳定,不再继续随之增大。Al0.67Cu0.32合金在弛豫10ps后趋于稳定;Al0.96Cu0.04合金和Al0.75Ti0.25合金在弛豫15ps后趋于稳定;Al0.5Ti0.5合金和Al0.25Ni0.75合金在弛豫20ps后趋于稳定;Al0.8Ni0.2合金在弛豫25ps后趋于稳定。

关键词：熔体热历史分子动力学模拟扩散系数冷却速率

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熔体热历史及挤出条件对聚乳酸结晶的影响

熔体热历史及挤出条件对聚乳酸结晶的影响

作者：刘春阳郑州大学

学位级别：硕士

高分子材料的结晶形态和结构对材料性能有重要的影响,而结晶形态和结构则取决于材料的加工成型条件,因此通过控制加工成型条件可以实现对材料性能的调控。聚乳酸(PLA)结晶速率比较慢,决定了其在加工成型过程中更容易实现对结晶形态结构... 详细信息

高分子材料的结晶形态和结构对材料性能有重要的影响,而结晶形态和结构则取决于材料的加工成型条件,因此通过控制加工成型条件可以实现对材料性能的调控。聚乳酸(PLA)结晶速率比较慢,决定了其在加工成型过程中更容易实现对结晶形态结构的调控以及对结晶度的控制,便于进行原位表征,因此本文选用PLA材料作为研究对象,主要研究了熔体热历史、挤出条件和结晶条件(剪切应力、挤出温度、等温结晶温度)对左旋聚乳酸(PLLA)结晶形态结构的影响,主要工作如下:1.研究了熔体热历史对PLLA结晶的影响。将PLLA直接加热至名义熔点与平衡熔点之间的近熔点温度,可得到近熔点熔体,将空白熔体(熔体温度高于平衡熔点)降温至一定的过冷温度,则得到过冷态熔体。在相同的挤出条件和结晶条件下,制备近熔点和过冷态挤出样品。结果表明:熔体热历史对挤出样品结晶形态结构有很大影响。过冷态挤出样品内只存在少量在挤出后降温过程中生成的点状晶核诱导形成的球晶;近熔点挤出样品内则出现了大量柱状晶,这是挤出前熔体内存在的有序结构在剪切应力作用下沿流动方向取向形成的。2.研究了近熔点挤出条件对PLLA结晶的影响。结果表明:(1)随着剪切应力增大,柱状晶数量逐渐增多,球晶尺寸逐渐减小、成核密度逐渐增大。(2)随着挤出温度升高,柱状晶数量逐渐减少;结晶度逐渐减小。(3)等温结晶温度较低时,样品内存在无定形区域,随着结晶温度升高,柱状晶数量及无定形区域逐渐减少,伴随着取向结构在结晶过程中的松弛;球晶尺寸逐渐增大;结晶度逐渐增大。3.研究了过冷态挤出条件对PLLA结晶的影响。结果表明:(1)随着剪切应力增大,皮层外缘柱状晶成核密度逐渐增大。(2)随着挤出温度升高,样品内无定形区域逐渐增多;取向结构逐渐减少,皮层外缘柱状晶成核密度逐渐降低;结晶度逐渐减小。(3)随着结晶温度升高,线状晶核数量逐渐减少,皮层外缘柱状晶成核密度逐渐降低,同时芯层球晶尺寸增大;结晶度逐渐增大。

关键词：聚乳酸结晶形态结构近熔点熔体过冷态熔体熔体热历史

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熔体热历史对金属凝固特性影响的研究

熔体热历史对金属凝固特性影响的研究

作者：高阿红西安工业大学

学位级别：硕士

熔体热历史显著影响金属凝固时的过冷度与微观结构,进而对材料的性能产生重要的影响。因此,揭示熔体热历史对金属凝固特性的影响规律具有重要的理论意义和工程价值。本文采用EAM多体势函数和分子动力学模拟的方法,研究了具有fcc结构的金... 详细信息

熔体热历史显著影响金属凝固时的过冷度与微观结构,进而对材料的性能产生重要的影响。因此,揭示熔体热历史对金属凝固特性的影响规律具有重要的理论意义和工程价值。本文采用EAM多体势函数和分子动力学模拟的方法,研究了具有fcc结构的金属A1、Ag和Ni熔体在凝固过程中的形核过冷度及微观结构随熔体热历史的演变规律,并用经典凝固理论获得A1、Ag和Ni熔体中最大原子团中原子个数随熔体初始温度的变化关系。主要结论如下：在不同初始温度下,A1、Ag和Ni熔体分别以小于1012.7K/s、1011.1K/s和1011.8K/s冷速凝固后均形成晶体结构;采用金属固/液界面能模型预测不同冷速下A1、Ag和Ni熔体凝固均质形核过冷度与模拟所获得的均质形核过冷度相一致;不同初始温度下,A1、Ag和Ni熔体以冷速1011.0K/s冷却凝固后,获得的均质形核过冷度均随着熔体初始温度的增加逐渐增加,当熔体初始温度达到一定值时,均质形核过冷度不再随着熔体初始温度的增加而改变,且其值分别为358K、445K和558K。通过理论计算研究熔体中最大原子团中原子数nmax与熔体初始温度Ts的变化关系,发现在不同初始温度下熔体凝固过程中最大原子团中原子数nmax均随熔体温度T的增加逐渐减少。在初始温度2278K下,模拟不同冷速下Ni熔体冷却凝固后的微观结构及其演变规律。结果发现,冷速小于1011K/s时,Ni熔体凝固后形成晶态组织;冷速在1011K/s到1014.5K/s之间时,Ni熔体凝固后形成由晶态结构与非晶态结构组成的混合组织。冷速小于10’0K/s,Ni熔体凝固后形成的晶态组织具有FCC结构;冷速在1010K/s到1014.5K/s之间时,Ni熔体凝固后组织中的晶态由FCC和HCP结构层状镶嵌排列构成。通过分析模拟结果和计算结果,确定出了Ni熔体凝固后形成理想非晶的临界冷速为1014.5K/s。并发现Ni熔体中临界晶核(冷速等于1014.5K/s)和亚临界晶核(冷速大于10145K/s)均由FCC和HCP组成层状偏聚结构,这表明Ni熔体中生长的晶体、临界晶核和晶胚的结构是相同的。

关键词：分子动力学模拟熔体热历史均质形核过冷度

熔体热历史对Al-80%Si合金凝固特性的影响

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西安工业大学学报 2015年第4期35卷 322-328页

作者：刁龙坚增运朱满常芳娥西安工业大学陕西省光电功能材料与器件重点实验室西安710021

为了研究熔体热历史对Al-80%Si合金凝固特性的影响,采用高速摄影仪和扫描电镜分别对Al-80%Si合金熔体在不同过热温度与保温时间下初生硅结晶过程进行了动态观测,获得了初生硅结晶形貌与过热温度和保温时间的关系.研究结果表明:随过热温... 详细信息

为了研究熔体热历史对Al-80%Si合金凝固特性的影响,采用高速摄影仪和扫描电镜分别对Al-80%Si合金熔体在不同过热温度与保温时间下初生硅结晶过程进行了动态观测,获得了初生硅结晶形貌与过热温度和保温时间的关系.研究结果表明:随过热温度的升高和保温时间的延长,Al-80%Si合金凝固时过冷度增大,初生硅小平面生长方式减弱.在2min保温时间下过热温度超过100K或在50K过热温度下保温时间超过5min时,初生硅形态由粗大的长条多面体变为均匀细小的等轴多面体.说明熔体热历史可以有效地细化Al-80%Si合金中的初生硅.

关键词： Al-80%Si合金熔体热历史初生硅过冷度

熔体热历史对Al-10%Cu合金组织和性能的影响

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西安工业大学学报 2011年第1期31卷 53-57页

作者：常芳娥何坛高玉社曾召陈极坚增运西安工业大学材料与化工学院西安710032

Al-Cu合金是工业上应用广泛的合金.为了提高Al-10%Cu合金的力学性能,研究了熔体过热处理和高低温熔体混合处理对Al-10%Cu合金组织和性能的影响.结果发现:过热处理和高低温熔体混合处理能细化Al-10%Cu合金的凝固组织、提高其力学性能.熔... 详细信息

Al-Cu合金是工业上应用广泛的合金.为了提高Al-10%Cu合金的力学性能,研究了熔体过热处理和高低温熔体混合处理对Al-10%Cu合金组织和性能的影响.结果发现:过热处理和高低温熔体混合处理能细化Al-10%Cu合金的凝固组织、提高其力学性能.熔体在900℃下过热处理后,其抗拉强度和延伸率最大,分别为171.9MPa和2.87%.高低温熔体混合处理对合金组织和性能的影响明显强于熔体过热处理.高低温熔体混合处理后,Al-10%Cu合金的抗拉强度和延伸率分别被提高到231.9MPa和3.62%.

关键词： Al-10%Cu合金熔体热历史显微组织力学性能

熔体热历史对快凝铝铁基合金显微结构影响的研究

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材料导报 1995年第4期9卷 76-76页

作者：关绍康北京科技大学

作者首次系统地研究了熔体过热温度、保温时间、“加热—冷却”热循环及降温速率分别对快凝Al-Fe-V-Si合金中初生金属间化合物相、初生准晶相、弥散相及基体组织的影响。这对优化控制熔体热历史条件,提高合金的使用性能和建立合金熔体... 详细信息

作者首次系统地研究了熔体过热温度、保温时间、“加热—冷却”热循环及降温速率分别对快凝Al-Fe-V-Si合金中初生金属间化合物相、初生准晶相、弥散相及基体组织的影响。这对优化控制熔体热历史条件,提高合金的使用性能和建立合金熔体的物理模型及数学模型提供了必要的实验依据。以相同原子百分比的Ti、Cr+Mo、W、Nb元素替代Al-Fe-V-Si合金中的V元素,研究了不同成分快凝合金的显微结构对熔体热历史的敏感性以及其中的弥散金属间化合物相的稳定性。在上述实验工作的基础上,首次对快凝Al-Fe-TM(Cr+Mo、V)-Si合金中初生准晶相的生长特征、转变过程以及转变动力学特征进行了分析,结果表明,初生准晶相与相关晶体相之间存在着下列界面共格关系:I_2 Ⅱb.c.c;I_3 ||b.c.c;I_5∫∫b.c.c。该研究首次提出了包含几种不同性质微观不均匀性合金熔体的物理模型,认为合金过热熔体中同时存在着不可逆类固型原子团簇、可逆类固型原子团簇和可逆类液型原子团簇的不均匀现象,建立了过热熔体微观不均匀区中原子团簇的数学模型。从理论上分析了快凝显微结构对熔体热历史的敏感性与化学成分之间关系的实质,提出了快凝Al-Fe基合金中准晶相的“异种原子团簇等能量”形成机制和弥散金属间化合物相的“准晶相转?

关键词：熔体热历史快速凝固显微结构铝铁基合金

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过共晶铝硅合金凝固收缩率的研究

过共晶铝硅合金凝固收缩率的研究

作者：李少博西安工业大学

学位级别：硕士

研究过共晶铝硅合金的凝固收缩率可以为制定合理的铸造工艺提供依据。本文依据阿基米德浮力原理,通过测量铝硅合金在熔盐中所受浮力,研究了不同硅含量及不同熔体温度处理后的过共晶铝硅合金凝固过程中的密度,并确定了铝硅合金的凝固收... 详细信息

研究过共晶铝硅合金的凝固收缩率可以为制定合理的铸造工艺提供依据。本文依据阿基米德浮力原理,通过测量铝硅合金在熔盐中所受浮力,研究了不同硅含量及不同熔体温度处理后的过共晶铝硅合金凝固过程中的密度,并确定了铝硅合金的凝固收缩率、液态摩尔体积和A1在铝硅合金中的偏摩尔体积,研究了硅含量对铝硅合金的凝固收缩率、液态摩尔体积和A1在铝硅合金中的偏摩尔体积的影响规律以及熔体处理温度及保温时间对铝硅合金凝固过程初生硅析出速率与凝固收缩率的影响规律。结果发现：（1）在凝固过程中过共晶铝硅合金在液相线温度以及共晶温度时密度随硅含量的变化而变化：合金含硅量在12.6%至30%之间时,随着硅含量的增加,铝硅合金在液相线温度时的液相密度增大而凝固完成时固相密度减小。随着硅含量的增加,合金凝固收缩率减小;硅含量为25%时,铝硅合金的凝固收缩率接近于0,在硅含量超过25%时,铝硅合金凝固结束后的体积比凝固前的体积大。（2）当硅含量低于25%时,随着硅含量的增加,铝硅合金特定温度下（合金液相线温度和754℃）的摩尔体积减小,Al在合金熔体内的偏摩尔体积增大;当硅含量大于25%时,铝硅合金特定温度下的摩尔体积随硅含量的增加而增大。（3）Al-24.2%Si合金熔体过热度低于200℃时,过热度的增大和保温时间的延长会造成合金凝固收缩率的减小;过热度高于200℃时,过热度的增大会造成合金凝固收缩率的增大。

关键词：铝硅合金凝固收缩率摩尔体积熔体热历史