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金属学报 2009年第9期45卷 1146-1152页

作者：坚增运周晶常芳娥介万奇西安工业大学材料与化工学院西安710032 西北工业大学凝固技术国家重点实验室西安710072

DSC测试表明,Ga的形核过冷度随其熔体高温保温时间的延长而增大,随熔体降温后保温时间的延长而减小,表现出明显的滞后性.通过对熔体温度与熔体中原子团尺寸之间关系的热力学和动力学研究,得到了金属熔体原子团中的原子数随温度变化的关... 详细信息

DSC测试表明,Ga的形核过冷度随其熔体高温保温时间的延长而增大,随熔体降温后保温时间的延长而减小,表现出明显的滞后性.通过对熔体温度与熔体中原子团尺寸之间关系的热力学和动力学研究,得到了金属熔体原子团中的原子数随温度变化的关系式,获得了确定熔体温度变化后其形核温度变化滞后幅度的方法,确定的Ga的形核温度变化滞后幅度与实验结果相吻合,其误差只有3.9%—4.8%.

关键词： Ga 熔体形核过冷度原子团尺寸滞后性

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基于形核过冷度调控镍基高温合金凝固组织研究

基于形核过冷度调控镍基高温合金凝固组织研究

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作者：王海伟中国科学技术大学

学位级别：博士

在金属材料的凝固过程中,控制晶体形核是获得理想凝固组织的一种重要方法,而晶体形核主要受到形核过冷度的制约。目前,形核过冷度与其影响因素之间的定量理论描述和试验研究还比较缺乏,导致研究金属材料异质形核试验时缺少精准的理论指... 详细信息

在金属材料的凝固过程中,控制晶体形核是获得理想凝固组织的一种重要方法,而晶体形核主要受到形核过冷度的制约。目前,形核过冷度与其影响因素之间的定量理论描述和试验研究还比较缺乏,导致研究金属材料异质形核试验时缺少精准的理论指导。因此,本文以熔模铸造时镍基高温合金形核过冷度的主要影响因素为研究对象,研究了合金成分、界面润湿等对单晶高温合金形核过冷度及杂晶形成的影响,并研制了一种与合金低错配度的新型细化剂,研究了异质形核理论在等轴晶高温合金细化剂制备中的应用,旨在为高温合金凝固组织调控提供理论依据和技术指导。通过调整高温合金中Ta、W、Re、Ru等难熔元素的含量,研究了合金成分对镍基高温合金形核过冷度和变截面平台杂晶形成的影响。实验结果显示:Ta元素显著提高了合金的临界形核过冷度;而W、Re、Ru等元素则降低了合金的临界形核过冷度。在多尺度单晶变截面平台试样的定向凝固实验中,随着Ta元素含量的增加,阴影侧平台形成杂晶的临界尺寸呈增大趋势,说明Ta元素降低了异质形核形成杂晶的倾向性;而W、Re和Ru三种元素则减小阴影侧平台形成杂晶的临界尺寸,说明W、Re、Ru增强了异质形核形成杂晶的倾向性。而且,在变截面平台中发现了另一种源于枝晶熔断形成的杂晶,提出了凝固前沿的热量传输是造成枝晶熔断形成杂晶的主要原因。因此,提高合金的临界形核过冷度,则增大了过冷熔体凝固前沿的热流传输,增强枝晶熔断形成杂晶的倾向性。研究了陶瓷材料对镍基高温合金润湿性与变截面平台杂晶形成的影响。结果表明:高温合金熔体与SiO2-based,Al2O3-based,ZrSiO4和CoAl2O4陶瓷基板接触时,发生界面反应,与合金熔体接触的陶瓷基板被反应生成物取代,分别为(Al2O3+HfO2),(Al2O3+HfO2),(Al2O3+HfO2+ZrO2)和(Al2O3+HfO2+Co)。此时,四种体系的润湿性依次增强,这是由于新体系的润湿性主要取决于反应产物的物理性质。Al2O3-based,ZrSiO4和CoAl2O4陶瓷型壳制备的单晶变截面平台试样结果表明:三种陶瓷型壳对应的变截面平台试样形成杂晶的临界尺寸依次减小,即杂晶的形成倾向性依次增强。主要原因是:合金与陶瓷基板之间的润湿角越小,晶核析出时的界面能就越低,因此过冷熔体析出晶核时所需的形核过冷度和形核功就越小。理解合金与陶瓷基板之间的润湿性与界面反应,对高温合金熔模铸造中陶瓷材料的选择具有很好的指导作用。分析了变截面平台杂晶的形成机制与工艺调控措施,提出了变截面平台内杂晶的形成主要取决于变截面平台最大结构性过冷度和合金临界形核过冷度之间的大小关系。ProCAST数值模拟结果显示:调整模组排列方式,变截面平台内的温度场呈对称分布时,平台边角位置的结构性性过冷度较小,杂晶形成的倾向较低。增加陶瓷型壳厚度,则减小了平台内液相线的斜率和边角位置的结构性过冷度,有效抑制了杂晶的形成。随着抽拉速率的增大,变截面平台边角位置的结构性过冷度呈增大趋势,则增强了杂晶的形成倾向性。通过ProCAST数值模拟分析不同工艺条件对变截面平台杂晶形成的影响,为优化定向凝固工艺参数提供了数据参考。研制了一种新型镍基高温合金细化剂。研究了 WC粉末和新型细化剂对等轴晶高温合金凝固组织的影响。结果表明:向合金熔体中加入WC粉末时,合金的晶粒尺寸呈减小趋势,但是晶粒细化效果比较有限。当向高温合金中加入1wt.%新型细化剂时,晶粒组织得到明显细化,其中平均晶粒尺寸从1.76mm减小到0.32mm,断面等轴晶体积分数11%提升到86%。这是由于晶核析出时所需的形核过冷度主要取决于晶核与基底之间的错配度,新型细化与晶核之间的错配度较低时,晶核析出时所需的过冷度和形核功较小。

关键词：形核过冷度润湿性镍基高温合金定向凝固异质形核

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金属的固/液界面能与形核过冷度研究

金属的固/液界面能与形核过冷度研究

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作者：周晶西安工业大学

学位级别：硕士

固液界面能在凝固和形核理论中是非常重要的物理量，如果知道金属的固液界面能对于理解凝固和形核过程有很大帮助。本文主要研究金属的固液界面能和形核过冷度，取得的研究结果主要有：\n 研制了用品界凹槽法测定固液界面能的实验装... 详细信息

固液界面能在凝固和形核理论中是非常重要的物理量，如果知道金属的固液界面能对于理解凝固和形核过程有很大帮助。本文主要研究金属的固液界面能和形核过冷度，取得的研究结果主要有：\n 研制了用品界凹槽法测定固液界面能的实验装置，通过此装置获得了Sn-43%Bi的晶界凹枘形状，证明此装置可用来测量合金的固液界面能。\n 锗在熔融玻璃包覆下循环过热后可获得342K的过冷度，过冷度不仅影响锗凝固后晶粒的尺寸，而且也影响晶粒的形貌。过冷度小于93K，晶粒比较料大，晶界平直、棱角分明，表现出小平面生长的特征；过冷度大于163．3 K，品界圆滑、没有明显棱角，组织为均匀细小的等轴晶，表现出非小平面生长的特征：在过冷度为93～163．3K，组织由纵向尺寸和横向尺寸有明显差别的长枝晶和细小的等轴晶组成，表现出中间生长的方式。确定了锗的两个临界过冷度，从小平面生长转变为中间方式生长的临界过冷度和中间方式生长转变为连续生长的临界过冷度分别为93K和163．3K，从而确定了锗的固液界面能，从两个临界过冷度确定出锗的固液界面能误差小于0．29%，此方法与形核过冷度法所测定锗的固液界面能相一致，其误差小于5．0%。\n 采用DSC差热分析法研究了过热镓熔体升温及降温后的保温时间与形核过冷度及结晶潜热的关系。结果发现，镓的形核过冷度和结晶潜热均随熔体温度的变化具有明显的滞后性，其值随熔体升温后保温时间的延长而增大、随熔体降温后保温时间的延长而减小。其变化速率均随熔体保温时问的延长而减小。从理论上得到了金属熔体原子团中的原子数随温度变化的关系式，并获得了确定熔体温度变化后其形核温度变化滞后幅度的方法，由此方法所确定镓的形核温度变化滞后幅度与实验结果完全吻合，其误差只有1．9%～3．6%。\n 通过研究镓的过冷度与冷却速率的关系，获得了镓的固液界面能与温度关系。结果发现：冷却速率越大，镓的过冷度越大；固液界面能随温度的升高而增大为近似的线性关系。

关键词：金属材料固液界面能形核过冷度临界过冷度差热分析法冷却速率

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在强磁场下通过熔体结构转变调控钴硼合金形核过冷度的方法

在强磁场下通过熔体结构转变调控钴硼合金形核过冷度的方法

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作者：贺一轩李金山王军卜凡刘栩东张建宝 710072 陕西省西安市友谊西路127号

本发明公开了一种在强磁场下通过熔体结构转变调控钴硼合金形核过冷度的方法，包括以下步骤：将Co‑B合金置于耐高温反应装置内，再将B2O3覆盖在样品上方；将耐高温反应装置放置在反应炉内，反应炉内置于可激发磁场的超导磁体；在高温下... 详细信息

标准号: CN113265604B

本发明公开了一种在强磁场下通过熔体结构转变调控钴硼合金形核过冷度的方法，包括以下步骤：将Co‑B合金置于耐高温反应装置内，再将B₂O₃覆盖在样品上方；将耐高温反应装置放置在反应炉内，反应炉内置于可激发磁场的超导磁体；在高温下利用磁场作用调控Co‑B合金熔体结构转变，在不同过热温度下保温，随后冷却，获得不同程度的形核过冷度，从而获得不同过冷度大小和表面粗糙度的Co‑B合金。本发明将磁场处理方式引入熔体过热中，通过磁场与温度场的耦合作用来控制合金的过冷形核行为，相较于单一温度场，可在更低的能耗下主动控制，获得更优化、更多样的调控组织，可获得不同过冷度状态和表面粗糙度的合金，并调控提高其力学性能。

关键词：合金表面粗糙度形核过冷度调控反应装置反应炉过冷度耐高温温度场磁场超导磁体磁场处理磁场作用合金熔体结构转变力学性能熔体过热熔体结构主动控制钴硼合金耦合作用强磁场过冷过热形核保温冷却能耗激发引入覆盖优化

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在强磁场下通过熔体结构转变调控钴硼合金形核过冷度的方法

在强磁场下通过熔体结构转变调控钴硼合金形核过冷度的方法

引用

作者：贺一轩李金山王军卜凡刘栩东张建宝 710072 陕西省西安市友谊西路127号

标准号: CN113265604A

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测量高温合金临界形核过冷度的方法

测量高温合金临界形核过冷度的方法

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作者：张琼元马德新杨功显王海洋王海伟陈学达赵代银李林蓄 618000 四川省德阳市高新技术产业园区金沙江西路666号

本发明公开一种测量高温合金临界形核过冷度的方法，根据精密铸造方法制作陶瓷模壳，该陶瓷模壳的型腔具有由上而下顺序布置的浇口杯、竖浇道、横浇道、内浇道、测温小球，所述测温小球内设有测温元件；将陶瓷模壳移入真空炉内，放在准... 详细信息

标准号: CN104889348B

本发明公开一种测量高温合金临界形核过冷度的方法，根据精密铸造方法制作陶瓷模壳，该陶瓷模壳的型腔具有由上而下顺序布置的浇口杯、竖浇道、横浇道、内浇道、测温小球，所述测温小球内设有测温元件；将陶瓷模壳移入真空炉内，放在准备好的陶瓷支架上，将高温合金放入浇口杯，通电加热，合金熔化过热后流入陶瓷模壳，充入测温小球，将加热器断电、使测温小球随炉冷却，直至其凝固，可反复加热熔化‑断电冷却，利用测温元件获得测温小球的温度变化曲线，从曲线上找到合金的临界形核温度和液相线温度，计算出高温合金的临界形核过冷度。

关键词：测温小球陶瓷模壳形核过冷度测温元件高温合金浇口杯断电合金熔化温度变化曲线加热器测量高温反复加热合金熔化精密铸造顺序布置随炉冷却陶瓷支架通电加热横浇道内浇道竖浇道液相线真空炉放入过热形核移入冷却凝固制作

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Cr20Ni80电热合金电渣重熔微观组织研究

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材料热处理学报 2015年第S2期36卷 256-260页

作者：周晓龙张浩樊勇军周允红陶麒鹦昆明理工大学材料科学与工程学院云南昆明650093 西安飞机工业铝业股份有限公司陕西西安710089

采用ANSYS软件研究了冷却系数对Cr20Ni80电热合金电渣重熔铸锭温度分布的影响,采用Pro CAST软件中的CAF模块研究了冷却系数以及形核过冷度对Cr20Ni80电热合金铸锭微观组织的影响,并将模拟结果与实际生产的铸锭微观组织进行了比较分析... 详细信息

采用ANSYS软件研究了冷却系数对Cr20Ni80电热合金电渣重熔铸锭温度分布的影响,采用Pro CAST软件中的CAF模块研究了冷却系数以及形核过冷度对Cr20Ni80电热合金铸锭微观组织的影响,并将模拟结果与实际生产的铸锭微观组织进行了比较分析。结果表明,Cr20Ni80电热合金电渣重熔铸锭的温度随冷却系数以及形核过冷度的增加而降低,柱状晶比例逐渐增大,铸锭底部的三角形晶区域也随着扩大。实际生产的Cr20Ni80电热合金电渣重熔的铸锭组织形貌与模拟结果比较接近。

关键词： Cr20Ni80电热合金电渣重熔微观组织模拟冷却系数形核过冷度

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Pb-Bi包晶合金凝固过程的DSC差热分析

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特种铸造及有色合金 2010年第7期30卷 589-592页

作者：胡小武李双明高斯峰刘林傅恒志西北工业大学凝固技术国家重点实验室

利用差示扫描量热分析仪(DSC)对Pb-Bi包晶合金的凝固过程进行了差热分析研究,确定了不同成分的Pb-Bi合金的固、液相线温度和初生相析出及包晶反应的温度。同时通过分析DSC曲线和凝固组织获得了不同成分的合金在不同的冷却速率下初生α... 详细信息

利用差示扫描量热分析仪(DSC)对Pb-Bi包晶合金的凝固过程进行了差热分析研究,确定了不同成分的Pb-Bi合金的固、液相线温度和初生相析出及包晶反应的温度。同时通过分析DSC曲线和凝固组织获得了不同成分的合金在不同的冷却速率下初生α相的形核过冷度及其体积分数,以及初生α相和包晶β相的结晶潜热。结果表明,初生α相的形核过冷度随着合金成分和冷却速率的增大而增大,其体积分数与结晶潜热却随合金成分的增加而减小,随冷却速率的增加而增大,包晶β相的体积分数与结晶潜热则与初生相的变化规律相反。

关键词： Pb-Bi包晶合金 DSC热分析形核过冷度体积分数结晶潜热

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Nd_9Fe_(72)Ti_4C_2B_(13)合金过热熔体的过冷度及其对非晶形成能力和磁性能的影响

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功能材料 2018年第4期49卷 4046-4053页

作者：赵丽潘晶刘新才杨梦琳董鸣月凌安宁波大学材料科学与化学工程学院浙江宁波315211

采用差热分析法研究了Nd_9Fe_(72)Ti_4C_2B_(13)永磁合金形核过冷度ΔT^-与其熔体过热度ΔT^+的关系。在此基础上,通过对不同熔体过热度的薄带进行微观结构分析、热分析和磁性能测试,研究了熔体过热度对合金的非晶形成能力、组织演化和... 详细信息

采用差热分析法研究了Nd_9Fe_(72)Ti_4C_2B_(13)永磁合金形核过冷度ΔT^-与其熔体过热度ΔT^+的关系。在此基础上,通过对不同熔体过热度的薄带进行微观结构分析、热分析和磁性能测试,研究了熔体过热度对合金的非晶形成能力、组织演化和磁性能的影响。结果表明,合金的过冷度拐点对应的临界过热度为67K。在8~67K的过热度范围内,ΔT^-随ΔT^+的提高而急剧增大了58K;而在67~146K的过热度范围内,ΔT^-随ΔT^+而变化的幅度不大,其间的平均过冷度达到了181K。ΔT^+为60K的快淬薄带的微观组织由Nd_2Fe_(14)B、Fe_3B、α-Fe、Nd_2Fe_(23)B_3相的纳米晶和少量非晶组成。随着ΔT^+从60K提高至130K,快淬薄带中的Nd_2Fe_(23)B_3、α-Fe和Fe_3B纳米晶逐步消失,而非晶含量逐步增大,最终得到完全非晶。ΔT^+为60K的薄带退火组织中存在有损于磁性的亚稳相Nd_2Fe_(23)B_3,其磁性能低下;而ΔT^+分别为90,110和130K的薄带退火组织均由Nd_2Fe_(14)B、Fe_3B、和α-Fe纳米晶组成,它们的磁性能较ΔT^+为60K的薄带的大幅提高。其中,ΔT^+为90K的退火薄带的磁性能取得了最大值,其最佳值为H_(ci)=521.57kA/m,B_r=0.75T,(BH)_(max)=66.31kJ/m^3,M_r/M_s=0.67。

关键词：熔体过热度形核过冷度非晶形成能力微观组织演化磁性能

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磁场下金属凝固过程形核行为的研究现状

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铸造技术 2022年第9期43卷 699-712,I0026页

作者：帅三三温烁凯郭锐王江任忠鸣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 上海大学材料科学与工程学院上海200444

凝固过程显著影响着材料的微观组织和成分分布,从而影响产品最终性能。形核作为凝固过程的初始阶段,极大地影响了后续相的生成次序、相组成、晶粒大小及分布,对材料的最终性能有不可忽视的影响。磁场是凝固过程的重要调控手段,磁场下的... 详细信息

凝固过程显著影响着材料的微观组织和成分分布,从而影响产品最终性能。形核作为凝固过程的初始阶段,极大地影响了后续相的生成次序、相组成、晶粒大小及分布,对材料的最终性能有不可忽视的影响。磁场是凝固过程的重要调控手段,磁场下的金属形核研究对于通过磁场调控金属凝固过程微观组织研究具有重要意义。目前关于磁场对形核行为的影响研究较为有限,多以对宏观现象的观测为主,局限于定性解释,缺乏对微观尺度的异质形核现象和磁场作用机理的深入探究。本文综述了金属凝固过程形核理论、模型及形核过程的研究现状,详细介绍了磁场下金属凝固过程形核行为的研究进展,并提出了磁场作用下形核研究的发展方向。

关键词：金属凝固异质形核磁场形核过冷度界面结构

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