梯度磁場下Ni70Cu30過冷熔體中的枝晶生長與晶粒細(xì)化.pdf

1、枝晶生長是過冷熔體中常見的晶體生長方式之一，其影響著合金的凝固組織。隨著過冷度的增加，熔體的凝固組織通常會發(fā)生由樹枝晶向等軸晶再向樹枝晶的轉(zhuǎn)變。前人的研究表明，熔體內(nèi)的對流不僅會改變過冷熔體內(nèi)的枝晶生長動(dòng)力學(xué)，而且會改變凝固組織的形貌。梯度磁場可以有效地控制熔體中的對流。因此，研究梯度磁場條件下過冷熔體中的枝晶生長動(dòng)力學(xué)和凝固組織演化規(guī)律對于人們認(rèn)識和利用液態(tài)金屬的快速凝固過程有重要的理論和實(shí)際意義。
　　本文以Ni70Cu30合

2、金為模型合金研究了對流對枝晶生長及晶粒細(xì)化的影響規(guī)律。在實(shí)驗(yàn)中，采用玻璃熔融凈化和循環(huán)過熱相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)了梯度磁場中合金的深過冷，同時(shí)使用高速攝影機(jī)和單色紅外測溫儀相結(jié)合的方法對不同梯度磁場條件下過冷熔體中的晶體生長速率進(jìn)行了測定，采用金相顯微鏡觀察了合金在不同過冷度和梯度磁場條件下的凝固組織。采用枝晶生長理論和枝晶熔斷模型對實(shí)驗(yàn)測定的枝晶生長速率和凝固組織的演變規(guī)律進(jìn)行了分析。獲得的主要結(jié)論如下：
　　1.梯度磁場對Ni70C

3、u30合金的冷卻曲線沒有明顯影響。隨過冷度增大，Ni70Cu30合金熔體中枝晶生長速率增加，當(dāng)過冷度達(dá)到70K左右時(shí)，發(fā)生很明顯的溶質(zhì)截留現(xiàn)象，枝晶生長速率的增長趨勢變緩，枝晶生長主要由溶質(zhì)擴(kuò)散控制;當(dāng)過冷度大于190K臨界過冷度時(shí)，發(fā)生完全溶質(zhì)截留，枝晶生長速率開始按線性方式增長。枝晶生長由溶質(zhì)擴(kuò)散控制轉(zhuǎn)變?yōu)闊釘U(kuò)散控制。
　　2.利用Galenko模型對測量的枝晶生長速率的理論分析表明，在大過冷度范圍內(nèi)，枝晶生長速率基本不受磁場

4、影響。小過冷度范圍內(nèi)，磁場強(qiáng)度從0T到3T變化時(shí)，相同過冷度下枝晶生長速率逐漸減小，磁場強(qiáng)度從3T到6T變化時(shí)，相同過冷度下枝晶生長速率逐漸增大。分析認(rèn)為，施加適當(dāng)強(qiáng)度的磁場可以有效地抑制Ni70Cu30合金中的對流，從而降低了其枝晶生長速率。當(dāng)磁場強(qiáng)度超過3T后，熱電磁對流效應(yīng)的增強(qiáng)導(dǎo)致其生長速率的回升。
　　3.凝固組織分析表明，不同磁場條件下的深過冷Ni70Cu30合金中，隨著過冷度的增加，顯微組織均發(fā)生了由等軸晶向樹枝晶再