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脉冲激光空域整形定向能量沉积316L不锈钢过程中的熔池行为
1
作者 吴家柱 陈正钢 +3 位作者 覃信茂 尹存宏 王贵 张宏伟 《表面技术》 北大核心 2026年第2期97-111,共15页
目的揭示脉冲圆形超高斯(PW-SG)、脉冲横向椭圆高斯(PW-TE)和脉冲纵向椭圆高斯(PW-LE)三种模式对激光定向能量沉积(L-DED)过程中熔池行为的影响机制。方法基于质量、动量和能量守恒定律,建立考虑氧和硫元素影响的脉冲激光空域整形定向... 目的揭示脉冲圆形超高斯(PW-SG)、脉冲横向椭圆高斯(PW-TE)和脉冲纵向椭圆高斯(PW-LE)三种模式对激光定向能量沉积(L-DED)过程中熔池行为的影响机制。方法基于质量、动量和能量守恒定律,建立考虑氧和硫元素影响的脉冲激光空域整形定向能量沉积三维热流耦合模型,结合实验制备试样,并利用光学显微镜分析熔道形貌以验证模型准确性。结果在三种模式中,PW-LE具有最大的峰值温度、熔池体积和熔道高度,且重熔最为严重;PW-TE则表现出最小的峰值温度、熔池体积、熔池表面积及熔道高度与深度,但熔道宽度最大,重熔最轻。所有模式的熔池均形成向内的Marangoni流动,其中PW-LE的峰值流速最高。在激光关闭的凝固阶段,三种模式的平均温度梯度、冷却速率和形态因子均逐渐降低,而平均凝固速率逐渐上升。此外,PW-SG和PW-TE诱导熔道表面形成鱼鳞纹结构,且PW-TE的鱼鳞纹最为显著。结论周期性的热输入导致熔池行为呈现周期性时变特征,而不同的热分布和热累积(PW-LE>PW-SG>PW-TE)是引发熔池行为差异的主要原因。表面活性元素氧和硫促使热毛细系数始终为正,驱动熔池形成向内的Marangoni流动。不同的脉冲热源模式可诱导不同的晶粒结构和织构,其中PW-TE更有利于晶粒细化和CET,而PW-LE的高频重熔则倾向于柱状晶的外延生长和织构形成。 展开更多
关键词 脉冲激光定向能量沉积 空域整形 数值模拟 热输运 流体流动 几何形貌
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过冷(Fe_(1-x)Co_(x))_(79.3)B_(20.7)合金的凝固
2
作者 杨林 马长松 +1 位作者 刘连杰 李金富 《金属学报》 北大核心 2025年第1期99-108,共10页
M_(23)B_(6)金属硼化物是很多金属材料中的强化相。为揭示该化合物相在Fe-Co-B合金中的形成问题,本工作采用熔融玻璃净化法进行了名义成分合金(Fe_(1-x)Co_(x))_(79.3)B_(20.7)(x=0~1)的深过冷凝固实验。研究发现:当x≤0.6时,随着过冷... M_(23)B_(6)金属硼化物是很多金属材料中的强化相。为揭示该化合物相在Fe-Co-B合金中的形成问题,本工作采用熔融玻璃净化法进行了名义成分合金(Fe_(1-x)Co_(x))_(79.3)B_(20.7)(x=0~1)的深过冷凝固实验。研究发现:当x≤0.6时,随着过冷度的增加,初生相依次从M_(2)B、M_(23)B_(6)转变为α-M/M_(3)B,并且0.4<x≤0.6成分的合金存在L+M_(2)B→M_(3)B的包晶转变;对于x>0.6的合金,小过冷度下凝固的初生相为M_(3)B,随着过冷度的增加,初生相进一步从M_(2)B、M_(23)B_(6)向α-M/M_(3)B变化。随着Co含量增加,M_(23)B_(6)相析出的临界过冷度减小,M_(23)B_(6)相的稳定性提高。 展开更多
关键词 Fe-Co-B 合金 过冷 非平衡凝固 相选择
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二元匀晶合金正常凝固液相平均成分线偏移分析
3
作者 刘长友 王永欣 +1 位作者 卢艳丽 谷智 《中国教育技术装备》 2025年第16期107-111,共5页
二元匀晶合金正常凝固时液相平均成分线的偏移,大多数教材语焉不详,容易引起学生疑惑,不利于学生学习材料科学基础相图章节后续的内容。为此,针对二元匀晶合金的正常凝固,利用杠杆定律,分析液相和固相平均成分线偏离方向一致的原因;以Si... 二元匀晶合金正常凝固时液相平均成分线的偏移,大多数教材语焉不详,容易引起学生疑惑,不利于学生学习材料科学基础相图章节后续的内容。为此,针对二元匀晶合金的正常凝固,利用杠杆定律,分析液相和固相平均成分线偏离方向一致的原因;以Si-Ge二元计算相图为例,通过数值计算,验证液相平均成分线的一致偏离;利用非平衡态下的热力学解释,唯象地说明液相平均成分线发生一致偏离的原理。本工作可以帮助学生理解二元伪共晶区形成的原因,理解其他二元相图非平衡凝固时液相线、偏析线的变化规律,提高学生对相图的领悟能力,为材料类专业课教师提供匀晶相图教学参考。 展开更多
关键词 材料科学基础 二元匀晶相图 正常凝固 杠杆定律 液相平均成分线
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快速凝固理论与技术研究进展 被引量：1
4
作者 屈佳润 张建宝 +3 位作者 崔德旭 王欣欣 李思佳 王海丰 《中国有色金属学报》 北大核心 2025年第9期2861-2882,共22页
当前,熔融玻璃包覆、3D打印和电磁悬浮等快速凝固装置已在亚稳材料研究中得到广泛应用。随着快速凝固理论、电子信息及自动化装备技术的创新发展,新一代快速凝固设备正朝着极端制造和高度智能化方向迈进,它们通过集成先进传感器和精密... 当前,熔融玻璃包覆、3D打印和电磁悬浮等快速凝固装置已在亚稳材料研究中得到广泛应用。随着快速凝固理论、电子信息及自动化装备技术的创新发展,新一代快速凝固设备正朝着极端制造和高度智能化方向迈进,它们通过集成先进传感器和精密控制系统,以实现对凝固过程的精确控制与定向优化。在此背景下,本文首先从热力学和动力学两个维度总结了快速凝固的理论基础与技术原理,随后系统梳理了实验设备的技术进展,并深入分析其在高性能材料制备中的潜在应用前景,最后对快速凝固材料科学和技术的未来发展及挑战进行了展望。快速凝固技术与凝固理论科学深度融合,与新型材料的研发和制备协同创新,共同构成了亚稳材料科学研究迅猛发展的核心驱动力,这些研究必将共同推动材料科学实现跨越式发展。 展开更多
关键词 快速凝固 非平衡 热/动力学 微观结构 制备设备
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固/液界面动力学的分子动力学模拟研究进展 被引量：2
5
作者 崔德旭 屈佳润 +3 位作者 李思佳 王欣欣 张建宝 王海丰 《中国有色金属学报》 北大核心 2025年第1期1-17,共17页
凝固是自然界中普遍存在的由液态向固态的相变过程,对固/液界面迁移动力学过程的研究直接影响着非平衡凝固理论的发展。受制于实验手段,目前很难对固/液界面附近的原子行为直接进行原位观测。随着分子模拟理论的不断深入,以此为基础的... 凝固是自然界中普遍存在的由液态向固态的相变过程,对固/液界面迁移动力学过程的研究直接影响着非平衡凝固理论的发展。受制于实验手段,目前很难对固/液界面附近的原子行为直接进行原位观测。随着分子模拟理论的不断深入,以此为基础的分子动力学模拟技术(Molecular dynamics, MD)为固/液界面迁移等非平衡动力学过程的研究及相关理论的发展提供了新途径。本文首先简要介绍固/液界面迁移动力学的分子动力学模拟实现的方法;随后系统介绍了纯物质、二元合金及多主元合金固/液界面迁移动力学的分子动力学模拟研究进展;最后,总结说明了分子动力学模拟技术在固/液界面迁移研究的重要性,并对未来分子动力学模拟在凝固领域的发展进行了展望。 展开更多
关键词 固/液界面 晶体生长动力学 非平衡凝固 分子动力学模拟
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基于微观形貌的逆偏析形成机理的数值模拟分析
6
作者 张宇 朱宝丰 +3 位作者 张士杰 张冰 张思雨 李日 《材料科学与工艺》 北大核心 2025年第1期31-40,共10页
铸件中逆偏析的存在会显著降低铸件的力学性能和切削加工性能,因此研究逆偏析的形成机理具有重要意义。采用微观尺度的元胞自动机(CA)耦合格子玻尔兹曼方法(LBM)的模型,以Al-4.7wt.%Cu合金为例,分别模拟了计算域的全域柱状晶凝固、柱状... 铸件中逆偏析的存在会显著降低铸件的力学性能和切削加工性能,因此研究逆偏析的形成机理具有重要意义。采用微观尺度的元胞自动机(CA)耦合格子玻尔兹曼方法(LBM)的模型,以Al-4.7wt.%Cu合金为例,分别模拟了计算域的全域柱状晶凝固、柱状晶向等轴晶转变(CET)的凝固和全域等轴晶凝固,并且分析了逆偏析的形成机理。研究发现,计算域边界较低的温度以及柱状晶发达的二次枝晶对含有溶质的熔体的分割阻碍是逆偏析形成的主要原因。计算域边界降温速度越快,逆偏析程度就越大;柱状晶对含有溶质的熔体的分割阻碍作用比中心等轴晶要大,凝固组织全部为柱状晶时,逆偏析最为严重,凝固组织同时含有柱状晶和等轴晶时,逆偏析次之,凝固组织全部为等轴晶时逆偏析最轻。计算域中心溶液受重力影响沿流场流向计算域底部的枝晶间隙,使计算域底部逆偏析程度大于其他部分。在铸锭凝固过程中可以考虑增加机械或者电磁搅拌、增大等轴晶区面积或者降低散热速率来降低逆偏析对铸锭的不利影响。 展开更多
关键词 逆偏析 元胞自动机 格子玻尔兹曼 微观形貌 数值模拟 AL-CU合金
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六重对称合金枝晶生长场变量扩散元胞自动机模型
7
作者 汤思璠 魏晶晶 +3 位作者 岳怡心 李鹏宇 姚曼 王旭东 《金属学报》 北大核心 2025年第6期941-952,共12页
在合金凝固枝晶生长元胞自动机(CA)模型中,正方形元胞、邻胞构造、尖锐界面模型固有特性引起的各向异性,给枝晶择优取向生长的模拟研究带来了诸多限制,特别是难以模拟六重对称合金的枝晶生长行为。本工作在借鉴相场弥散界面模型中相场... 在合金凝固枝晶生长元胞自动机(CA)模型中,正方形元胞、邻胞构造、尖锐界面模型固有特性引起的各向异性,给枝晶择优取向生长的模拟研究带来了诸多限制,特别是难以模拟六重对称合金的枝晶生长行为。本工作在借鉴相场弥散界面模型中相场变量梯度能项建模与求解方法的基础上,构建和推导了考虑元胞状态变量的场变量梯度泛函及场变量扩散方程,提出了一种新的场变量扩散元胞自动机(FCA)模型。模型考虑了成分过冷和Gibbs-Thomson效应,采用“浓度势法”处理溶质扩散和再分配,依据杠杆定理处理界面凝固的生长动力学,通过引入场变量扩散项修正界面元胞的生长速率,并利用不同条件下Mg-6%Al(质量分数)合金的枝晶生长结果对模型进行了验证。在正方形网格离散方式下,六重对称Mg-6%Al合金的枝晶尖端稳态特征和生长动力学与LGK模型的预测结果基本吻合,模型能够呈现多重合金枝晶形貌的对称性以及枝晶的随机择优取向生长,还原凝固过程的枝晶臂生长、竞争和粗化等行为。 展开更多
关键词 场变量扩散 元胞自动机 六重对称 枝晶生长 随机择优取向
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医用可降解Zn合金液态成形技术进展
8
作者 孙金岭 石章智 +5 位作者 李亚庚 刘丹丹 薛喆 张晋 高克玮 王鲁宁 《特种铸造及有色合金》 北大核心 2025年第8期1189-1198,共10页
Zn合金凭借其良好的力学性能、生物相容性以及可体内安全降解等优势成为新一代可降解医用金属材料,已被用于制备血管支架、界面螺钉、悬吊带袢板、肠胃吻合钉等植入器械。液态成形通常作为可降解Zn合金从原料到植入器械的第一个制备环节... Zn合金凭借其良好的力学性能、生物相容性以及可体内安全降解等优势成为新一代可降解医用金属材料,已被用于制备血管支架、界面螺钉、悬吊带袢板、肠胃吻合钉等植入器械。液态成形通常作为可降解Zn合金从原料到植入器械的第一个制备环节,在调控可降解Zn合金材料和器械的性能中发挥关键作用。总结了Zn合金的重力铸造、压铸、渗流铸造、薄带连铸、定向凝固、高压凝固、粉床熔融3D打印等液态成形技术的研究进展,分析了影响Zn合金液态成形质量的因素,展望了医用可降解Zn合金液态成形领域的研究方向。 展开更多
关键词 液态成形技术 可降解Zn合金 第二相 性能
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无钴共晶高熵合金研究进展
9
作者 薛云龙 田康康 +3 位作者 刘虎林 伍媛婷 袁亮 高中堂 《材料导报》 北大核心 2025年第11期225-234,共10页
共晶高熵合金因具有良好的综合力学性能及铸造工艺性而受到国际社会的广泛关注,但现有共晶高熵合金通常含有稀贵金属Co,导致合金的成本居高不下,且由于Co为全球战略稀缺资源,不利于国家的战略安全及稳定发展,因此研发无Co共晶高熵合金... 共晶高熵合金因具有良好的综合力学性能及铸造工艺性而受到国际社会的广泛关注,但现有共晶高熵合金通常含有稀贵金属Co,导致合金的成本居高不下,且由于Co为全球战略稀缺资源,不利于国家的战略安全及稳定发展,因此研发无Co共晶高熵合金具有重要的理论意义及应用价值。本文基于无Co共晶高熵合金的研究现状,介绍了该类合金的成分设计方法,重点阐述了FCC+增强相合金体系、BCC+增强相合金体系及其他合金体系,深入分析了不同合金体系的设计思路、显微组织及力学性能,探讨了该类材料的存在问题及发展趋势,以期为无Co共晶高熵合金的发展及应用提供参考。 展开更多
关键词 共晶高熵合金 成分设计 合金体系 显微组织 力学性能
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铝铜合金焊接完整流动熔池凝固的MPF-LBM建模及显微组织演变行为分析
10
作者 刘湘波 杜心伟 +2 位作者 王猛 蔡佳思 魏艳红 《焊接学报》 北大核心 2025年第9期18-27,共10页
2219铝合金在推进剂储罐生产中的价值及相场法在显微组织预测中的潜力广受关注,然而,当前考虑熔体流动和枝晶固相运动的完整熔池凝固演变行为尚不明确,建立了多相场-格子玻尔兹曼模型,开发了大批量枝晶生长模拟加速算法、大计算域CPU并... 2219铝合金在推进剂储罐生产中的价值及相场法在显微组织预测中的潜力广受关注,然而,当前考虑熔体流动和枝晶固相运动的完整熔池凝固演变行为尚不明确,建立了多相场-格子玻尔兹曼模型,开发了大批量枝晶生长模拟加速算法、大计算域CPU并行算法和自主知识产权的Fortran求解器,实现了完整流动熔池的动态凝固模拟,结果与实测的枝晶形貌和晶粒结构/尺寸吻合良好.结果表明,熔体流动会冲涮固-液界面前沿的富溶质层形成溶质涡流、使等轴晶发生平移、旋转和碰撞;枝晶运动会挤压富溶质层,并在运动枝晶后方形成溶质滞后输运效应,显著影响溶质分布;熔体流动和枝晶运动会造成枝晶非对称生长,加剧显微组织各向异性.纵截面焊缝由短柱状晶和致密等轴晶组成,等轴晶间的液相通道中发生溶质偏析并演变为网状共晶,熔池流动会在焊缝顶层形成大间隙等轴晶带. 展开更多
关键词 多相场-格子玻尔兹曼 完整流动熔池 熔体流动 溶质对流 固相运动
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Au-Pt合金凝固-固态相变微观组织演化相场法模拟
11
作者 余东 马威龙 +1 位作者 王亚莉 王锦程 《金属学报》 北大核心 2025年第1期109-116,共8页
凝固/固态相变过程中的微观组织演化对材料的组织控制及性能优化具有重要意义,如何实现凝固-固态相变微观组织演化的全流程一体化数值模拟是当前材料微观组织模拟领域的前沿课题。本工作以Au-Pt合金为例,基于多相场模型和微观组织信息... 凝固/固态相变过程中的微观组织演化对材料的组织控制及性能优化具有重要意义,如何实现凝固-固态相变微观组织演化的全流程一体化数值模拟是当前材料微观组织模拟领域的前沿课题。本工作以Au-Pt合金为例,基于多相场模型和微观组织信息传递算法,研究了不同初始成分条件下凝固和固态相变过程微观组织的演化规律。实现了凝固-固态相变微观组织演化全流程一体化预测,揭示了凝固过程中微观偏析和晶界对后续脱溶析出和调幅分解过程的影响机制。 展开更多
关键词 凝固 固态相变 微观组织演化 相场法 一体化数值模拟
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计入枝晶运动生长的铸锭宏观偏析的研究
12
作者 张洋 张士杰 +1 位作者 李云博 李日 《物理学报》 北大核心 2025年第10期330-342,共13页
合金铸锭凝固过程中经常伴随着游离枝晶在运动的同时生长运动及相互碰撞等现象,其对铸锭的温度场、流场、溶质场及微观组织等具有不可忽视的影响,是研究铸锭凝固组织形成的关键问题之一.元胞自动机-格子玻尔兹曼(CA-LB)耦合模型近年来... 合金铸锭凝固过程中经常伴随着游离枝晶在运动的同时生长运动及相互碰撞等现象,其对铸锭的温度场、流场、溶质场及微观组织等具有不可忽视的影响,是研究铸锭凝固组织形成的关键问题之一.元胞自动机-格子玻尔兹曼(CA-LB)耦合模型近年来在处理运动枝晶方面发展迅速,该模型不仅可以很好地维持运动枝晶的形貌,还可以合理地计算出枝晶间的相互碰撞.本文改进了模拟游离枝晶运动生长的元胞自动机-格子玻尔兹曼模型,采用交替方向隐式迭代法求解导热微分方程,模拟参数不受稳定性条件限制.分别验证了流场与固相和温度场耦合的准确性.随后采用该模型分别模拟了Fe-0.34%C合金铸锭中等轴晶运动与否的凝固过程,模拟结果表明,等轴晶的运动会增大与临近枝晶的接触概率,会使铸锭中的晶粒尺寸更加均匀;枝晶的运动还会改变熔体中心部位的溶质分布,特别是增大了顶部正偏析的大小以及范围;等轴晶的运动会受到柱状晶的阻碍,所以CET区域受枝晶运动的影响不大. 展开更多
关键词 铸锭 宏观偏析 数值模拟 枝晶运动
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高温耐磨合金的研究进展
13
作者 薛云龙 邵怡凡 +4 位作者 刘虎林 伍媛婷 袁亮 高中堂 王雅 《机械工程材料》 北大核心 2025年第11期1-12,共12页
高温耐磨合金是现代工业和重大装备的关键基础材料,已开发出钴基、镍基、铁基、NiAl基和Nb-Si基合金以及高熵合金等众多合金体系,在航空航天、轨道交通、能源动力、石油化工等领域应用广泛。介绍了不同材料体系高温耐磨合金的成分特点... 高温耐磨合金是现代工业和重大装备的关键基础材料,已开发出钴基、镍基、铁基、NiAl基和Nb-Si基合金以及高熵合金等众多合金体系,在航空航天、轨道交通、能源动力、石油化工等领域应用广泛。介绍了不同材料体系高温耐磨合金的成分特点、显微组织及性能,总结了合金的相关制备技术及其优缺点和适用范围;重点分析了合金元素和加工方式对高温耐磨合金组织及性能的影响。提出了目前高温耐磨合金存在的问题,指出未来应聚焦于合金摩擦学行为的研究和低成本、高性能替代材料的开发。 展开更多
关键词 高温耐磨合金 材料体系 制备技术 性能影响因素
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外加磁场辅助制备半固态Al-Cu亚共晶合金锯齿形晶界
14
作者 黄成林 帅三三 +2 位作者 王泽坤 王江 任忠鸣 《材料开发与应用》 2025年第1期25-33,共9页
金属材料中的锯齿形晶界可显著提高材料的蠕变性能,并减缓应力腐蚀开裂。通过在合金半固态热处理过程中施加外加磁场,即可在无预变形或高温原位变形的条件下,形成形状可控的微米级锯齿形晶界。结果表明,在无预变形或原位变形的情况下,... 金属材料中的锯齿形晶界可显著提高材料的蠕变性能,并减缓应力腐蚀开裂。通过在合金半固态热处理过程中施加外加磁场,即可在无预变形或高温原位变形的条件下,形成形状可控的微米级锯齿形晶界。结果表明,在无预变形或原位变形的情况下,外加磁场促使Al-Cu亚共晶合金在半固态热处理过程中出现锯齿形晶界。随着磁感应强度的增加,锯齿形晶界的数量占比显著上升至61.06%。在外加磁场作用下,锯齿形晶界的形成机制可能归因于位错辅助的晶界迁移以及液膜迁移。这种晶界形态的变化为铝基材料力学性能的提高提供了新的可能。 展开更多
关键词 锯齿形晶界 外加磁场 晶界迁移 半固态加工
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金属凝固过程的原位观察研究进展 被引量：2
15
作者 赵健 陈玉娥 《上海金属》 2025年第1期11-17,共7页
同步辐射成像是金属凝固过程原位观察的先进技术。介绍了同步辐射成像的原理、主要类型及发展。简述了异质形核、界面稳定性、柱状晶向等轴晶转变等金属凝固过程的原位观察,以及凝固组织演化和电磁场对金属凝固过程影响的观察。
关键词 原位观察 金属凝固 同步辐射
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强磁场下M-B(M=Fe,Co,Ni)多元共晶合金的非平衡凝固组织调控
16
作者 马嘉浩 卜凡 +4 位作者 邢晨旭 李夏荷 刘恬睿 王嘉琨 贺一轩 《铸造技术》 2025年第11期1048-1057,共10页
共晶多主元合金兼备了共晶合金良好的可加工性和多主元合金因高熵效应引起的优异综合性能。通过耦合多种组织调控手段,其有望表现出更丰富的组织形貌特点,性能潜力得以进一步发掘。基于此,采用静磁场辅助深过冷凝固技术,系统研究了2 T... 共晶多主元合金兼备了共晶合金良好的可加工性和多主元合金因高熵效应引起的优异综合性能。通过耦合多种组织调控手段,其有望表现出更丰富的组织形貌特点,性能潜力得以进一步发掘。基于此,采用静磁场辅助深过冷凝固技术,系统研究了2 T磁场作用下FeCoNiB_(0.65)共晶多主元合金的非平衡凝固行为与组织演化规律。结果表明,随过冷度增加,初生组织由α-M枝晶转变为海藻状的共晶型枝晶,且组成海藻的两相经历了从α-M/M_(23)B_(6)到α-M/M_(3)B的相转变;凝固组织中的基体呈现出M_(3)B相与M_(23)B_(6)相频繁的相竞争现象,这与两相凝固时所需要克服的临界形核势垒有关,对于ΔT=60 K时基体中两相共存的特征则与不完全的M_(23)B_(6)相分解形成M_(3)B的固态相变有关;M_(23)B_(6)相与α-M相均为FCC结构,且两相表现出显著的耦合生长特性,在凝固过程中可以形成一种cube-cube取向关系。 展开更多
关键词 共晶多主元合金 强静磁场 非平衡凝固 cube-cube取向关系 海藻形貌
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定向凝固晶粒竞争生长研究进展
17
作者 胡松松 何铭 +4 位作者 罗烽月 白伟民 陈贤 杨志强 陈赢政 《钢铁》 北大核心 2025年第4期1-12,共12页
在凝固过程中,晶粒竞争生长是1个普遍存在的现象,而不同取向晶粒间的竞争行为最终会关系到产品的服役性能。在定向凝固单晶涡轮叶片制备的过程中,无论采用选晶法还是籽晶法控制晶体取向均会涉及晶粒竞争现象,这对于能否顺利制备完整的... 在凝固过程中,晶粒竞争生长是1个普遍存在的现象,而不同取向晶粒间的竞争行为最终会关系到产品的服役性能。在定向凝固单晶涡轮叶片制备的过程中,无论采用选晶法还是籽晶法控制晶体取向均会涉及晶粒竞争现象,这对于能否顺利制备完整的单晶结构起到决定性作用。从定向凝固晶粒竞争生长模型作为切入点,详细地梳理了晶粒竞争生长机理的研究进展。综述了晶粒竞争生长的影响因素,并总结其调控机制。首先介绍了温度梯度的改变导致晶粒竞争结果的差异;其次,在溶质浓度方面,介绍晶粒的淘汰行为与溶质相互作用的关系;而后针对晶体取向的影响,为更好地获得晶粒竞争结果,分别从晶粒的枝晶主轴偏离温度梯度方向的竞争关系与侧枝偏离晶界一定角度的竞争关系这两方面探讨,并将晶粒的竞争淘汰机理从最初的二维扩充到三维取向进行解释;此外,得出抽拉速率作为定向凝固唯一且能够大范围调控的参数,会影响晶粒淘汰结果的一致性,同时还特别说明了工业生产钢铁材料中冷却速率对晶粒竞争生长的影响。最后进一步对定向凝固晶粒竞争生长研究进行了总结与展望,并指出未来研究亟待解决的问题,强调了实际工业生产中,晶粒竞争生长对合金材料的重要性及应用意义,可为制造领域提供指导。 展开更多
关键词 定向凝固 晶粒 竞争生长 温度梯度 溶质浓度 晶体取向 晶界 抽拉速率
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基于连续介质模型的GCr15SiMn钢铸件宏观偏析研究
18
作者 赵诗瑶 朱帆 +1 位作者 傅琪 张红伟 《钢铁研究学报》 北大核心 2025年第11期1467-1481,共15页
针对GCr15SiMn钢铸件,采用连续介质宏观传输模型,探究了多组分溶质对流及铸模结构对铸件溶质分布的影响,并分析了圆铸件三维(3D)效应的根源。结果表明:耦合多溶质对热-溶质浮升力及凝固进程的作用,可更准确预测GCr15SiMn钢铸件的偏析,... 针对GCr15SiMn钢铸件,采用连续介质宏观传输模型,探究了多组分溶质对流及铸模结构对铸件溶质分布的影响,并分析了圆铸件三维(3D)效应的根源。结果表明:耦合多溶质对热-溶质浮升力及凝固进程的作用,可更准确预测GCr15SiMn钢铸件的偏析,尤其需重点考虑对溶质浮力起主导作用的元素;当铸模锥度从0°增至5°时,铸件的最大溶质偏析比降低了0.576%,推荐铸模锥度取为5°;圆铸件中心纵截面两侧半环形模壁内的热熔体对流与溶质迁移不具有对称性,将3D传输过程进行二维(2D)简化模拟时需充分考虑3D效应。 展开更多
关键词 GCr15SiMn钢 宏观偏析 多组分溶质浮力 铸模锥度 3D效应 连续介质模型
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纳米SiC颗粒对Mg-9Al合金晶粒组织细化研究
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作者 王殿君 梁英 +2 位作者 高恩达 刘崇林 李思远 《材料科学与工艺》 北大核心 2025年第1期82-88,共7页
纳米颗粒对镁合金的微观组织细化及力学性能的提升具有十分重要的意义。本文采用半固态搅拌与高能超声分散的方法成功制备出纳米SiC/Mg-9Al复合材料,利用OM、XRD、SEM、TEM等设备对复合材料进行微观组织表征。结果表明:纳米SiC颗粒能够... 纳米颗粒对镁合金的微观组织细化及力学性能的提升具有十分重要的意义。本文采用半固态搅拌与高能超声分散的方法成功制备出纳米SiC/Mg-9Al复合材料,利用OM、XRD、SEM、TEM等设备对复合材料进行微观组织表征。结果表明:纳米SiC颗粒能够显著的细化Mg-9Al合金微观组织。当纳米颗粒添加量为1.0vol.%时,复合材料晶粒组织细化最为明显,为(71.9±28)μm,相比于基体合金晶粒尺寸减小了约63%。研究表明,纳米颗粒在镁基体中分散机制主要为沿α-Mg的晶界分布及少量的晶内分布。同时,揭示了晶粒细化机制为位于晶界的纳米颗粒能够快速吸附在生长的α-Mg晶粒表面,有效地抑制了溶质元素的扩散,显著降低了枝晶生长速率,使得熔体的成分过冷度增大,降低了结晶潜热的释放,能够激活更多的异质形核位点,从而提高了镁合金的形核率,得到了显著细化的晶粒组织。 展开更多
关键词 复合材料 Mg-9Al合金 纳米SIC颗粒 铸造 晶粒细化
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在脉冲电流或脉冲磁场作用下LY12合金的凝固组织 被引量：39
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作者 班春燕 崔建忠 +2 位作者 巴启先 路贵民 訾炳涛 《材料研究学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第3期322-326,共5页
在LY12铝合金凝固的过程中施加脉冲电流或脉冲磁场,研究脉冲电流或脉冲磁场对这种合金凝固组织的影响.结果表明,脉冲电流和脉冲磁场均可使晶粒明显细化、等轴化.在脉冲电磁场作用下金属凝固组织的晶粒细化机制为:在脉冲电磁场的作用下... 在LY12铝合金凝固的过程中施加脉冲电流或脉冲磁场,研究脉冲电流或脉冲磁场对这种合金凝固组织的影响.结果表明,脉冲电流和脉冲磁场均可使晶粒明显细化、等轴化.在脉冲电磁场作用下金属凝固组织的晶粒细化机制为:在脉冲电磁场的作用下剧烈的强迫对流促进晶粒从型壁上游离,大大增加金属熔体的形核率,导致晶粒细化;温度相对均匀使得游离的晶粒得以保存下来,抑制了晶粒在某个方向上的优先生长,从而抑制了树枝晶的形成. 展开更多
关键词 LY12合金 脉冲电流 脉冲磁场 凝固组织 结晶游离 晶粒细化 铝合金
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