落管無(wú)容器處理?xiàng)l件下快速共晶生長(zhǎng)研究.pdf

1、本文在落管無(wú)容器處理?xiàng)l件下，對(duì)Cu-Sb、Ni-Mo、Co-Sn和Co-Si等四種不同類型合金的快速共晶生長(zhǎng)進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，主要取得以下研究結(jié)果： 通過(guò)研究Cu-Sb合金的快速凝固過(guò)程，揭示了兩種特殊二元共晶的快速生長(zhǎng)特征及其組織演變規(guī)律。對(duì)于Cu-31％Sb共晶合金，體積比為1：499的固溶體(Cu)和金屬間化合物Cu3Sb在快速凝固過(guò)程中按照離異方式生長(zhǎng)。在小過(guò)冷條件下，Cu3Sb金屬間化合物領(lǐng)先生長(zhǎng)，(Cu)固溶體沿

2、著Cu3Sb相的晶界析出。在深過(guò)冷條件下，(Cu)固溶體領(lǐng)先生長(zhǎng)，在液滴中形成等軸晶，同時(shí)Cu3Sb金屬間化合物晶粒細(xì)化。由小面相固溶體和金屬間化合物構(gòu)成的Sb-24％Cu二元共晶，隨著過(guò)冷度的增大由層片共晶向不規(guī)則共晶轉(zhuǎn)變。在深過(guò)冷熔體中，金屬間化合物Cu2Sb是領(lǐng)先形核相，小面相固溶體(Sb)為領(lǐng)先生長(zhǎng)相。共生區(qū)成分范圍為23.0～32.7％Cu。 系統(tǒng)研究了由結(jié)晶溫度間隔較窄的非小面相固溶體和金屬間化合物構(gòu)成的Ni-Mo合

3、金的快速凝固過(guò)程，探索了二元共晶的競(jìng)爭(zhēng)形核與快速生長(zhǎng)機(jī)制，揭示出Ni-Mo二元共晶的快速凝固組織轉(zhuǎn)變規(guī)律。Ni-47.7％Mo共晶合金的快速凝固組織，隨著過(guò)冷度增大，發(fā)生“層片共晶→不規(guī)則共晶→等軸晶”的轉(zhuǎn)變。在過(guò)冷熔體中，(Ni)固溶體既是領(lǐng)先形核相又是領(lǐng)先生長(zhǎng)相。共生區(qū)成分范圍為45.7～57.1％Mo。Ni-45％Mo亞共晶合金的初生相(Ni)隨著過(guò)冷度的增大，發(fā)生“碎斷枝晶→輻射狀粗大枝晶→等軸晶”的組織形貌轉(zhuǎn)變。Ni-50％M

4、o過(guò)共晶合金的快速凝固組織隨著過(guò)冷度的增大，發(fā)生“初生相+層片共晶→不規(guī)則共晶”的轉(zhuǎn)變。隨著Ni-Mo過(guò)冷熔體中Mo含量的增加，(Ni)枝晶的生長(zhǎng)速率逐漸減小，在快速生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)生動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)變所需的過(guò)冷度(△Tct)越來(lái)越大，不容易實(shí)現(xiàn)(Ni)枝晶無(wú)偏析生長(zhǎng)。 深入分析了由結(jié)晶溫度間隔較寬的非小面相固溶體和金屬間化合物構(gòu)成的Co-Sn二元共晶的快速凝固組織形貌與過(guò)冷度的關(guān)系。Co-34.2％Sn共晶組織隨著過(guò)冷度的增大，同樣由層片

5、共晶向不規(guī)則共晶轉(zhuǎn)變。在快速共晶生長(zhǎng)過(guò)程中，γCo3Sn金屬間化合物領(lǐng)先形核并領(lǐng)先生長(zhǎng)。共生區(qū)成分范圍為19.0～39.6％Sn。αCo固溶體和γCo3Sn金屬間化合物的生長(zhǎng)始終受溶質(zhì)擴(kuò)散控制。隨著過(guò)冷度的增大，Co-30％Sn亞共晶合金的快速凝固組織發(fā)生“αCo枝晶+層片共晶→不規(guī)則共晶”轉(zhuǎn)變。Co-40％Sn過(guò)共晶合金的快速凝固組織發(fā)生“γCo3Sn枝晶+層片共晶→不規(guī)則共晶”轉(zhuǎn)變。 通過(guò)對(duì)Co-Si合金系中的固溶體+金屬間

6、化合物、金屬間化合物+金屬間化合物兩種不同類型二元共晶的快速生長(zhǎng)研究，揭示出四種共晶合金的快速凝固組織均隨著過(guò)冷度的增大由層片共晶向不規(guī)則共晶轉(zhuǎn)變。其中，由金屬間化合物構(gòu)成共晶相的Co-23.9％Si和Co-43.5％Si共晶合金在過(guò)冷度非常大時(shí)，形成了離異共晶。無(wú)論共晶相是固溶體還是金屬間化合物，總是富Co相領(lǐng)先形核。四個(gè)共晶合金的共生區(qū)成分范圍分別為：11.6～12.7％Si、23.6～25.4％Si、40.8～43.8％Si和60

7、.2～81.6％Si。落管無(wú)容器處理實(shí)驗(yàn)條件有效抑制了共析轉(zhuǎn)變的發(fā)生，保留了部分未發(fā)生分解的Co3Si金屬間化合物。在深過(guò)冷熔體中，四種金屬間化合物Co3Si、Co2Si、CoSi和CoSi2均以非小面相方式生長(zhǎng)。 二元共晶合金的快速凝固組織隨著過(guò)冷度的增大，由層片共晶向不規(guī)則共晶轉(zhuǎn)變，這一轉(zhuǎn)變是由無(wú)容器狀態(tài)產(chǎn)生深過(guò)冷引起的，受低重力效應(yīng)的影響不明顯。無(wú)論共晶相是固溶體還是金屬間化合物，也不論共晶相是小面生長(zhǎng)還是非小面生長(zhǎng)，均會(huì)

8、發(fā)生這種轉(zhuǎn)變，它是二元共晶生長(zhǎng)的一種普遍規(guī)律。 落管無(wú)容器處理實(shí)驗(yàn)條件下，快速凝固過(guò)程中優(yōu)先發(fā)生異質(zhì)形核。在落管實(shí)驗(yàn)獲得的過(guò)冷度范圍內(nèi)，形核率隨著過(guò)冷度的增加越來(lái)越大。在深過(guò)冷條件下，領(lǐng)先形核相不一定領(lǐng)先生長(zhǎng)；當(dāng)領(lǐng)先形核相和領(lǐng)先生長(zhǎng)相是同一個(gè)相時(shí)，快速凝固過(guò)程中很容易形成離異共晶組織。 不規(guī)則共晶組織的具體形態(tài)與兩個(gè)共晶相的生長(zhǎng)方式有關(guān)。當(dāng)兩個(gè)共晶相均是非小面相生長(zhǎng)時(shí)，形成均勻彌散的不規(guī)則共晶組織。當(dāng)兩個(gè)共晶相以非小面相