梯度磁場(chǎng)下Ni70Cu30過(guò)冷熔體中的枝晶生長(zhǎng)與晶粒細(xì)化.pdf

1、枝晶生長(zhǎng)是過(guò)冷熔體中常見(jiàn)的晶體生長(zhǎng)方式之一，其影響著合金的凝固組織。隨著過(guò)冷度的增加，熔體的凝固組織通常會(huì)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(duì)流不僅會(huì)改變過(guò)冷熔體內(nèi)的枝晶生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)，而且會(huì)改變凝固組織的形貌。梯度磁場(chǎng)可以有效地控制熔體中的對(duì)流。因此，研究梯度磁場(chǎng)條件下過(guò)冷熔體中的枝晶生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)和凝固組織演化規(guī)律對(duì)于人們認(rèn)識(shí)和利用液態(tài)金屬的快速凝固過(guò)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(duì)流對(duì)枝晶生長(zhǎng)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(guò)熱相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)了梯度磁場(chǎng)中合金的深過(guò)冷，同時(shí)使用高速攝影機(jī)和單色紅外測(cè)溫儀相結(jié)合的方法對(duì)不同梯度磁場(chǎng)條件下過(guò)冷熔體中的晶體生長(zhǎng)速率進(jìn)行了測(cè)定，采用金相顯微鏡觀察了合金在不同過(guò)冷度和梯度磁場(chǎng)條件下的凝固組織。采用枝晶生長(zhǎng)理論和枝晶熔斷模型對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的枝晶生長(zhǎng)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(chǎng)對(duì)Ni70C

3、u30合金的冷卻曲線沒(méi)有明顯影響。隨過(guò)冷度增大，Ni70Cu30合金熔體中枝晶生長(zhǎng)速率增加，當(dāng)過(guò)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(zhǎng)速率的增長(zhǎng)趨勢(shì)變緩，枝晶生長(zhǎng)主要由溶質(zhì)擴(kuò)散控制;當(dāng)過(guò)冷度大于190K臨界過(guò)冷度時(shí)，發(fā)生完全溶質(zhì)截留，枝晶生長(zhǎng)速率開始按線性方式增長(zhǎng)。枝晶生長(zhǎng)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(duì)測(cè)量的枝晶生長(zhǎng)速率的理論分析表明，在大過(guò)冷度范圍內(nèi)，枝晶生長(zhǎng)速率基本不受磁場(chǎng)

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