Al-In偏晶合金凝固组织微观结构演变过程的研究
发布时间：2022-01-06 05:20
Al-In偏晶合金是一种具有良好软磁性的合金,其低矫顽力的特性使得其广泛应用于工业电机、变压器等原件设备的电芯。但其材料的优良组织特性仅在弥散相均匀分布的凝固组织中才得以体现,而偏晶合金在凝固至组元难混溶区间时将分解为两个难混溶的液相,极易造成偏晶合金产生严重的偏析甚至出现两相分层等现象,极大的限制了该类偏晶合金的研究与发展。本文选取Al-In偏晶合金为研究对象,针对其在无重力、常规重力、稳恒磁场、旋转磁场以及不同组分等条件下进行偏晶合金凝固过程的模拟及部分实验研究,力求探寻控制偏晶合金均匀凝固的新途径。模拟方面本文采用欧拉-欧拉法建立了能够描述Al-In偏晶合金难混溶区凝固过程弥散相形核、扩散长大、Ostwald熟化、Marangoni迁移、稳恒磁场、旋转磁场等复杂物理过程的数学模型,并以守恒方程为基础建立了宏观能量传输的数学模型,即建立了源项、非稳态相、扩散相、对流相等组成的可以描述偏晶合金凝固过程的偏微分方程组。并基于CFD计算流体力学商业软件,在C++语言编译的运算程序二次开发中实现方程双精度耦合求解。并通过模拟所得的凝固过程中的基体相温度场、弥散相速度场、体积分数场以及液滴直...
【文章来源】：沈阳建筑大学辽宁省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?６０６３铝合金凝丨彳，丨组织屮［＾２８丨相的观察及分析
铸造过程中对合金均匀性等要??求［３３］。郑天祥等［３４］研宄Ｚｎ－１０％Ｂｉ过偏晶合金在磁场与交变电场的复合场中的凝固过程，??实验结果表明单一磁场对抑制偏晶合金的偏析作用有限，当通入交变电流后可以更好的??对第二项液滴进行细化，且交变电流达到某一特定值（５０Ｈｚ）得到的凝固组织最为均匀。??Ｚｈｏｎｇ等网将Ｚｎ－３０％Ｂｉ合金置于电磁复合场中，发现当电磁力（由电磁场与交流电场??相互作用引起的）的幅值为８５Ｎ／ｃｍ３，频率为５０Ｈｚ时，可以实现较为均匀的固体结构。??＿＿＿??图１．３－３０％Ｂｉ偏晶合金在不同电磁力作用下以２５Ｋ／ｍｉｎ的速率进行温降时显微组织图与局部放??大图（ａ）?２０Ｈｚ；?（ｂ）?２０Ｈｚ；?（ｃ）?５００Ｈｚ【３５】??Ｆｉｇ．?１．３?Ａｅｒｏ－?ａｎｄ?Ｍｉｃｒｏ－?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆＺｎ－３０％Ｂｉ?ａｌｌｏｙｓ?ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ?ａｔ?ｆｉｘｅｄ?ｃｏｏｌｉｎｇ?ｒａｔｅ?ｏｆ?２５Ｋ／ｍｉｎ?ｕｎｄｅｒ??ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ＥＭＢＦ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ：?（ａ）?２０Ｈｚ；?（ｂ）?５０Ｈｚ；?（ｃ）?５００ＨｚＩ３５］??邓安元等［３６］实验研宄了低熔点Ｓｎ－３２％Ｐｂ－５２Ｂｉ合金在交变磁场与静磁场的作用下??其液面波动及其不稳定行为，实验发现单独施加交变磁场时，熔体表面处于波动状态，??在此同时施加横向的水平静磁场则可有效抑制交变磁场作用下液滴的不稳定摆动和旋??转运动。??在复合电磁场条件下制备的偏晶合金凝固组织均匀性优于单一电磁场，复合电磁场??可以通过两个或两个以上交互作用的电磁场来弥补单一电磁场对改善凝固组织偏析方??面的不足。通过研宄复合电磁场所产生
Ｄ，?—溶质再丨相中的扩散系数；??Ｖ?—Ｈａｍｉｌｔｏｎｉａｎ?算子。??模型１建立在三个相场变量和浓度场之上，通过忽略流体的流动来监测偏晶合金凝??固过程中的部分主要特征，深入偏晶合金凝固过程的研究，但其缺点在于仅可用作于偏??晶温度附近一定范围内的凝固过程。模型２通过Ｃａｈｎ－Ｈｉｌｌａｒｄ模型控制浓度场变量来区??分两项，并使用单个相场来区分相的液固状态，使得其可以计算更宽的温度范围内偏晶??合金的凝固过程，可以清晰的展现单晶相图的整个过程。两种模型均构造了一个与温度??相关的界面能，在偏晶合金的两个液相中引入Ｍａｒａｎｇｏｎｉ对流，并通过与广义Ｎａｖｉｅｒ－??Ｓｔｏｋｅｓ方程联立扩展了两个相场模型，建立了有效描述偏晶合金凝固过程的数学模型。??并通过相应的实验验证了数值模拟结果的可靠性，如图２．１。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]偏晶合金凝固过程研究进展[J]. 赵九洲,江鸿翔. 金属学报. 2018(05)
[2]添加Ti对Al-Bi难混溶合金组织和性能的影响[J]. 满田囡,张林,项兆龙,王文斌,高建文,王恩刚. 物理学报. 2018(03)
[3]Solidification of Immiscible Alloys: A Review[J]. Jiu-Zhou Zhao,Tauseef Ahmed,Hong-Xiang Jiang,Jie He,Qian Sun. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2017(01)
[4]Bi含量对Al-Bi偏晶合金显微组织演变的影响[J]. 康智强,杨雪,冯国会,张林. 材料研究学报. 2016(08)
[5]水平稳恒磁场对Al-10%Bi合金中富Bi相分布的影响[J]. 康智强,杨雪,冯国会,张林. 功能材料. 2016(07)
[6]A1-3.4%Bi合金定向凝固组织形成过程[J]. 江鸿翔,孙倩,赵九洲,杨志增. 空间科学学报. 2016(04)
[7]相场法模拟Zn-Al二元合金凝固过程中的枝晶生长[J]. 刘芳慧,高明. 材料导报. 2015(12)
[8]复合电磁场作用下高温合金锭的真空熔铸技术研究[J]. 金文中,李素芳,李廷举,殷国茂. 稀有金属材料与工程. 2015(06)
[9]定向凝固速度对Al-Bi偏晶点成分合金凝固组织的影响及计算机分析[J]. 赵敬云,刘兰青. 铸造技术. 2015(04)
[10]旋转磁场对Al-7Si-8.9Mg2Si复合材料凝固组织的影响[J]. 路宝学. 热加工工艺. 2015(02)
博士论文
[1]Al-Bi偏晶合金难混溶区液相分离的模拟与控制[D]. 康智强.东北大学 2011
硕士论文
[1]旋转磁场对铸造镁合金组织和力学性能的影响[D]. 霍春影.沈阳工业大学 2017
[2]旋转磁场及稀土复合作用下镁合金组织性能变化规律的研究[D]. 许小芳.武汉理工大学 2008
本文编号：3571813
【文章来源】：沈阳建筑大学辽宁省
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?６０６３铝合金凝丨彳，丨组织屮［＾２８丨相的观察及分析
铸造过程中对合金均匀性等要??求［３３］。郑天祥等［３４］研宄Ｚｎ－１０％Ｂｉ过偏晶合金在磁场与交变电场的复合场中的凝固过程，??实验结果表明单一磁场对抑制偏晶合金的偏析作用有限，当通入交变电流后可以更好的??对第二项液滴进行细化，且交变电流达到某一特定值（５０Ｈｚ）得到的凝固组织最为均匀。??Ｚｈｏｎｇ等网将Ｚｎ－３０％Ｂｉ合金置于电磁复合场中，发现当电磁力（由电磁场与交流电场??相互作用引起的）的幅值为８５Ｎ／ｃｍ３，频率为５０Ｈｚ时，可以实现较为均匀的固体结构。??＿＿＿??图１．３－３０％Ｂｉ偏晶合金在不同电磁力作用下以２５Ｋ／ｍｉｎ的速率进行温降时显微组织图与局部放??大图（ａ）?２０Ｈｚ；?（ｂ）?２０Ｈｚ；?（ｃ）?５００Ｈｚ【３５】??Ｆｉｇ．?１．３?Ａｅｒｏ－?ａｎｄ?Ｍｉｃｒｏ－?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆＺｎ－３０％Ｂｉ?ａｌｌｏｙｓ?ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ?ａｔ?ｆｉｘｅｄ?ｃｏｏｌｉｎｇ?ｒａｔｅ?ｏｆ?２５Ｋ／ｍｉｎ?ｕｎｄｅｒ??ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ＥＭＢＦ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ：?（ａ）?２０Ｈｚ；?（ｂ）?５０Ｈｚ；?（ｃ）?５００ＨｚＩ３５］??邓安元等［３６］实验研宄了低熔点Ｓｎ－３２％Ｐｂ－５２Ｂｉ合金在交变磁场与静磁场的作用下??其液面波动及其不稳定行为，实验发现单独施加交变磁场时，熔体表面处于波动状态，??在此同时施加横向的水平静磁场则可有效抑制交变磁场作用下液滴的不稳定摆动和旋??转运动。??在复合电磁场条件下制备的偏晶合金凝固组织均匀性优于单一电磁场，复合电磁场??可以通过两个或两个以上交互作用的电磁场来弥补单一电磁场对改善凝固组织偏析方??面的不足。通过研宄复合电磁场所产生
Ｄ，?—溶质再丨相中的扩散系数；??Ｖ?—Ｈａｍｉｌｔｏｎｉａｎ?算子。??模型１建立在三个相场变量和浓度场之上，通过忽略流体的流动来监测偏晶合金凝??固过程中的部分主要特征，深入偏晶合金凝固过程的研究，但其缺点在于仅可用作于偏??晶温度附近一定范围内的凝固过程。模型２通过Ｃａｈｎ－Ｈｉｌｌａｒｄ模型控制浓度场变量来区??分两项，并使用单个相场来区分相的液固状态，使得其可以计算更宽的温度范围内偏晶??合金的凝固过程，可以清晰的展现单晶相图的整个过程。两种模型均构造了一个与温度??相关的界面能，在偏晶合金的两个液相中引入Ｍａｒａｎｇｏｎｉ对流，并通过与广义Ｎａｖｉｅｒ－??Ｓｔｏｋｅｓ方程联立扩展了两个相场模型，建立了有效描述偏晶合金凝固过程的数学模型。??并通过相应的实验验证了数值模拟结果的可靠性，如图２．１。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]偏晶合金凝固过程研究进展[J]. 赵九洲,江鸿翔. 金属学报. 2018(05)
[2]添加Ti对Al-Bi难混溶合金组织和性能的影响[J]. 满田囡,张林,项兆龙,王文斌,高建文,王恩刚. 物理学报. 2018(03)
[3]Solidification of Immiscible Alloys: A Review[J]. Jiu-Zhou Zhao,Tauseef Ahmed,Hong-Xiang Jiang,Jie He,Qian Sun. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2017(01)
[4]Bi含量对Al-Bi偏晶合金显微组织演变的影响[J]. 康智强,杨雪,冯国会,张林. 材料研究学报. 2016(08)
[5]水平稳恒磁场对Al-10%Bi合金中富Bi相分布的影响[J]. 康智强,杨雪,冯国会,张林. 功能材料. 2016(07)
[6]A1-3.4%Bi合金定向凝固组织形成过程[J]. 江鸿翔,孙倩,赵九洲,杨志增. 空间科学学报. 2016(04)
[7]相场法模拟Zn-Al二元合金凝固过程中的枝晶生长[J]. 刘芳慧,高明. 材料导报. 2015(12)
[8]复合电磁场作用下高温合金锭的真空熔铸技术研究[J]. 金文中,李素芳,李廷举,殷国茂. 稀有金属材料与工程. 2015(06)
[9]定向凝固速度对Al-Bi偏晶点成分合金凝固组织的影响及计算机分析[J]. 赵敬云,刘兰青. 铸造技术. 2015(04)
[10]旋转磁场对Al-7Si-8.9Mg2Si复合材料凝固组织的影响[J]. 路宝学. 热加工工艺. 2015(02)
博士论文
[1]Al-Bi偏晶合金难混溶区液相分离的模拟与控制[D]. 康智强.东北大学 2011
硕士论文
[1]旋转磁场对铸造镁合金组织和力学性能的影响[D]. 霍春影.沈阳工业大学 2017
[2]旋转磁场及稀土复合作用下镁合金组织性能变化规律的研究[D]. 许小芳.武汉理工大学 2008
本文编号：3571813
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