研究了微观偏析的理论模型对碳钢连铸过程中内裂纹的敏感性.模型中考虑了铁素体(δ)凝固向奥氏体(γ)凝固的转化过程,以及MnS的析出.主要讨论了钢中C,Mn,S,P对凝固过程中晶间偏析、零强度温度(ZST)、零塑性温度(ZDT)的影响

在快速枝晶及共晶生长理论模型基础上,使用最高界面生长温度判据,建立了共晶合金快速等轴凝固界面响应函数(IRF)模型,分析了Al-Si合金系各种相及组织的竞争生长,绘制了非平衡组织选择图.计算结果与实验结果基本吻合,说明所建立的界面响应函数模型可以较好地预测Al-Si合金等轴凝固过程中的非平衡组织选择及形态演化

通过对连续定向凝固过程的传热理论分析,建立了临界牵引速度与其相关因素之间的关系式。当喷水位置到固液界面距离L ≤ 10mm时,纯Al和Al-1%Cu合金计算结果与实验数据基本吻合。由此而确定的各种参数之间能够达到很好的相互匹配,可确保连续定向凝固的稳定进行。还通过分析各种因素对临界牵引速度的影响,提出了提高临界牵引速度的途径

研究了扰动对单相合金在定向凝固过程中平面晶和胞晶固液界面生长形态的影响规律，给出了单相合金由平面晶向胞晶转变的临界条件及胞晶稳定生长的条件.首次用非线性理论中的线性稳定性理论，证明了单相合金在定向凝固过程中，固液界面由平面晶向胞晶转变和胞晶生长的分叉机制是亚临界分叉。利用有机物模拟合金BrC4，在固液界面前沿有扰动的情况下进行实验，研究了固液界面前沿扰动对固液界面平胞转变和胞晶生长的分叉机制的影响规律，证明了其分叉机制是正确的

根据合金凝固理论和体积平均多相模型,对NH4Cl-70%H2O凝固过程进行了数值模拟和实验验证.虽然研究者已研究过NH4Cl-70%H2O凝固过程,但是只针对单个现象进行分析,比如通道偏析的形成、对流形式以及晶粒的形成.在前人研究的基础上,本文首次通过数值模拟和实验对比两种手段相结合的方式全面地研究了氯化铵水溶液凝固整个计算域的全部现象,尤其再现了等轴晶在铸锭中的下落漂移现象以及由此引起的对流,并且更深入地探究了偏析的形成原因.通过计算发现等轴晶从型壁处沉降并逐渐向铸型底部积聚,直到体积分数达到一临界值后,柱状晶停止生长,完成柱状晶向等轴晶转化过程.由于溶质再分配,底部晶粒集中的区域形成了负偏析,在尚未凝固的上部区域形成较大范围的正偏析.通过实验验证发现,等轴晶在铸锭中的下落漂移现象和对流形式的预测值与实验值较为一致,从而全面揭示出凝固过程中固相的移动和对流是产生宏观偏析的关键因素

基于ANSYS软件建立了310 mm×360 mm断面大方坯连铸过程二维凝固传热数学模型,并采用窄面射钉试验及铸坯表面测温试验对模型的准确性进行了验证.通过模型研究了过热度、拉速和二冷比水量对铸坯中心固相率以及凝固坯壳分布的影响,并结合高碳耐磨球钢BU的高温拉伸试验结果,确定了最佳的拉速以及最优轻压下压下区间要求.通过工业试验对理论模型进行了验证,并分析研究了拉速对采用凝固末端电磁搅拌(F-EMS)以及凝固末端17 mm大压下量的轻压下技术生产310 mm×360 mm断面大方坯高碳耐磨球钢BU铸坯的偏析和中心缩孔的影响.结果表明:采用凝固末端电磁搅拌和轻压下复合技术,通过调整拉速优先满足轻压下压下区间要求,可显著降低中心偏析、V型偏析及中心缩孔,但如果仅达到凝固末端电磁搅拌位置要求时,则铸坯中心质量不会得到明显改善.拉速为0.52 m·min-1且轻压下压下区间铸坯中心固相率为0.30~0.75时,偏析和中心缩孔有很大程度的改善,不合理的压下量分配会引起铸坯出现内裂纹以及中心负偏析

从凝固偏析理论、凝固方法、生产工艺及合金设计等方面,综述了H13钢中液析碳化物的研究进展,阐明了H13钢的生产工艺对液析碳化物析出的影响.H13钢中的液析碳化物是由于凝固偏析而在枝晶间区域产生的,根据形貌的不同可分为多边形、长条形、块状及共晶的层片状;根据结构不同可分为MC型、M6C型、M7C3或M23C6型;根据成分的不同可分为富Mo型、富V型和富Ti、Nb型.H13钢在服役过程中,受外力作用时会在液析碳化物处形成裂纹,严重降低材料的韧性,控制液析碳化物的数量和尺寸可以减小其危害.工业生产条件下控制H13钢中液析碳化物的主要手段有凝固控制、变质处理、铸锭高温扩散和合金成分优化等.其中凝固过程控制及变质处理可以控制液析碳化物的尺寸、数量及在凝固过程中的生成时机,但无法完全避免液析碳化物的产生.对H13钢进行合金成分优化可以改变液析碳化物的稳定性.铸锭高温扩散是控制H13钢中液析碳化物的最主要手段,但工业生产中采用的具体加热温度和保温时间有待进一步研究

利用电解纯铁,通过高温钼丝炉制备了含有不同种类、不同含量异质核心的试样.利用差热分析方法测定了试样在相同冷却速度条件下的过冷度.从理论上比较了铁液凝固热力学驱动力的不同计算方法及误差,计算了铁液在凝固过程中的热力学驱动力,形核功和临界晶核半径

基于结晶动力学理论，建立了球墨铸铁凝固过程各阶段微观组织形成形核和长大的数学模型；根据该结晶动力学模型，编制了球铁微观组织形成模拟软件FTStructure．该软件可以预测球铁凝固过程中各相的形成以及固态转变中铁素体和珠光体的形成，并进而预测铸态力学性能．模拟了阶梯形试块的冷却曲线、微观组织和布氏硬度．模拟与实测结果符合较好．

在前人提出的二次枝晶臂等温粗化的四种物理模型的基础上建立了多元合金二次枝晶臂等温粗化动力学数学模型。将这些数学模型运用于Al-Cu-Fe、Al-Cu-Si、Al-Cu-Mn三元合金中发现它们与日本学者森信幸等人所作的实验结果相一致,说明它们是可信的。实验与理论分析表明,在多元合金凝固过程中局部凝固时间相同的条件下,溶质浓度的增加有利于二次枝晶臂的细化