Al-Ca合金氣動(dòng)懸浮凝固及氣孔原位研究.pdf

1、氣動(dòng)懸浮技術(shù)具有無容器凝固、便捷操作以及適用材料廣泛等特點(diǎn),是一種先進(jìn)材料制備與研究的方法。對(duì)于氣動(dòng)懸浮,精確的冷速控制對(duì)于研究金屬材料中工藝-結(jié)構(gòu)-特性之間的關(guān)系非常重要。本文分析了氣動(dòng)懸浮金屬樣品在凝固過程中的激光能量吸收、熱輻射以及對(duì)流換熱特性,推導(dǎo)出激光功率調(diào)控下的冷速控制公式。根據(jù)氣動(dòng)懸浮Al-7.7Ca(質(zhì)量分?jǐn)?shù)％)共晶合金樣品的溫度-時(shí)間曲線,驗(yàn)證了計(jì)算與實(shí)測(cè)結(jié)果符合較好。金相觀察表明,氣動(dòng)懸浮 Al-7.7Ca共晶合金在

2、低冷速下凝固時(shí)呈現(xiàn)規(guī)則層片共晶形態(tài);隨著冷速提高,過冷度增大,晶粒細(xì)化,層片間距減小,不規(guī)則粒狀共晶的體積分?jǐn)?shù)不斷增加,證實(shí)不規(guī)則共晶形成于凝固初期的快速凝固階段。規(guī)則共晶的層片間距與過冷度的關(guān)系符合經(jīng)典的JH理論,說明其形成于再輝后的慢速凝固階段。
　　另一方面,金屬中的氣孔通常對(duì)其機(jī)械性能產(chǎn)生較大的負(fù)面影響,然而一定規(guī)律分布且形貌規(guī)則的氣孔則可應(yīng)用于多孔金屬。在材料制備過程中,工藝條件(冷速、過熱度等)對(duì)金屬凝固組織中的氣孔形

3、貌、數(shù)量有著較大的影響。因此開展對(duì)氣孔形成過程的深層次實(shí)驗(yàn)研究將有助于指導(dǎo)生產(chǎn)應(yīng)用中的工藝方法。本文中率先使用同步輻射光成像技術(shù)原位觀察了液態(tài) Al-7.7Ca合金中氣泡形成、消失的過程,以及凝固階段的氣孔的形成過程。同時(shí),建立了物理模型來研究氣泡和氣孔形成過程。由模型推導(dǎo)出臨界形核半徑以及氣孔長(zhǎng)大速率的方程,計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合較好。實(shí)驗(yàn)中觀察到了兩種氣孔的生長(zhǎng):柱狀氣孔以及球狀氣孔。分析計(jì)算了對(duì)氣孔生長(zhǎng)方式的影響因素,結(jié)果表明:柱