基于微观不均匀性和MTRT技术的合金熔体结构动态演变规律及模型构建

Properties of liquid alloys and their change are complicated and important scientific problems. As mother liquors of the castings, alloy melt plays direct and crucial impacts on structure and properties of the castings. Contemporarily, with the deficient research for structure evolution liquid alloy and MTRT(Melt Thermal Rate Treatment), taking microinhomogeneities of liquid alloy like Al-Si system, the anticipated target of this project is to set up model of melt structure, which are characterized by diverse microinhomogeneities. Liquid x-ray diffraction, synchrotron radiation, electrical resistivity and other physical properties testing analysis, theory calculation are used to study the features, properties and change law of the melt microinhomogeneities. Influence of crystalline form on the melt's temperature, isothermal treatment and condensing processing are intensively studied. The impact of the melt change exerted on the metamorphic and grain refinement of Al-Si alloy as well as its mechanism of action are clarified. MTRT control technology and the element metamorphic technology for grain refinement are modified. Interdependence machanism of liquid alloy and solid alloy, the influence mechanism of the melt structure evolution on MTRT are revealed. The launch of this project is conducive to deeply probing into the properties of the alloy melt, completing the inhomogeneity theory of liquid alloy, promoting the development of the melt heat treatment technique.

液态合金性质及其变化是复杂而重要的科学问题。合金熔体作为母液，对铸件组织和性能具有直接和重要的影响。针对目前液态合金结构演变规律及其对MTRT（熔体热速处理）技术的影响认识欠缺的状况，本项目围绕着Al-Si等液态合金的微观不均匀性质，提出了创建体现微观不均匀性特征的熔体结构模型的目标，采用液态X射线衍射、同步辐射和电阻率等物性测试分析、分形理论计算等方法研究熔体微观不均匀性质和变化规律，明确温度诱导下熔体结构的变化规律，研究熔体预结晶状态对MTRT的熔体温度、等温处理、冷凝处理的影响，阐明熔体变化对Al-Si合金变质和晶粒细化的影响及作用机理，优化MTRT控制技术及其与元素复合变质晶粒细化处理技术，并探索合金液-固态依存机理，揭示熔体结构演变对MTRT的影响机制。本项目的开展有助于深入认知液态金属合金的性质、完善液态合金微观不均匀性理论、推动熔体热处理技术的发展。

合金熔体的微观结构与物理性质研究是金属材料领域重要的研究方向，目前对合金熔体微观结构与物理性质之间关系的认识尚处于初步探索阶段。本项目采用实验测试、计算机模拟计算和理论分析等方法，深入研究了多种不同合金体系的熔体电阻率、黏度等物性随温度变化及熔体微观结构不均匀变化的规律性，重点对合金熔体中出现的微观不均匀变化现象进行了深入实验研究和理论分析；探索了合金熔体微观不均匀性对MTRT的影响机制；明确了熔体结构热状态和热历史对MTRT后合金凝固组织和性能的影响规律；基于合金熔体微观不均匀性构建了熔体中原子团簇的准过渡态模型（QTS模型）；探索了合金熔体MTRT和变质、细化等相结合的复合处理技术及作用机理；研究了熔体结构变化和MTRT及复合处理技术对合金凝固组织和性能的影响；探讨了合金熔体微观结构遗传机制；初步研究了偏晶合金熔体的微观不均匀变化特性规律及其与凝固组织的关系。研究结果表明，通过合理利用熔体结构的微观不均匀变化和MTRT技术，可以有效控制固态合金的组织、改善合金材料的力学性能。该项目的完成拓展了对合金熔体微观结构不均匀性及其演变规律等科学问题的认知，为深入进行合金熔体结构和物性以及合金熔炼技术、金属材料的制备与应用等研究提供有价值的理论基础和技术支持。