定向凝固Fe-Ni和Cu-Ge包晶合金共生與準(zhǔn)共生行為對比分析.pdf

1、定向凝固技術(shù)制備的兩相規(guī)則排列的（準(zhǔn)）共生生長組織是一種重要的原位自生復(fù)合材料。但這種技術(shù)目前廣泛應(yīng)用在共晶合金中，在包晶合金中尚未得到成熟發(fā)展，這主要是因為包晶兩相之間不易形成類似共晶兩相之間的溶質(zhì)擴散偶。因此，系統(tǒng)地研究包晶合金（準(zhǔn)）共生生長機制具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。本文選擇了Fe-Ni和Cu-Ge兩種物性參數(shù)差異很大的包晶合金分別進行定向凝固實驗，探索了共生組織的形成條件、形態(tài)演化和生長穩(wěn)定性等，并通過兩種合金（準(zhǔn)）共生組

2、織的對比，分析了物性參數(shù)差異對包晶合金（準(zhǔn)）共生行為的影響。
　　對于Fe-Ni包晶合金，本文選擇了Fe-4.1at.％Ni亞包晶合金和Fe-4.4at.%Ni過包晶合金在22K/mm溫度梯度下進行了定向凝固。在Fe-Ni亞包晶合金較高G/V值下獲得了長程穩(wěn)定存在的纖維狀共生組織，在Fe-Ni亞包晶合金較低G/V值下獲得了長程穩(wěn)定存在的纖維狀準(zhǔn)共生組織，說明共生與準(zhǔn)共生組織是可以在 Fe-Ni亞包晶合金中成功制備并投入工業(yè)應(yīng)用的；

3、在 Fe-Ni過包晶合金較高G/V值下獲得了短程不穩(wěn)定存在的層片狀共生組織，這種組織出現(xiàn)后隨即演化為包晶相單相組織，而且在Fe-Ni過包晶合金較低G/V值下并未獲得準(zhǔn)共生組織而是獲得了胞狀包晶相單相組織，說明 Fe-Ni過包晶合金難于制備可工業(yè)應(yīng)用的共生組織。對比了不同 C0和G/V下獲得的共生組織的形態(tài)特征、起始位置、存在距離等參數(shù)，并指出溶質(zhì)富集導(dǎo)致的剩余液相平均成分增加是限制共生組織存在距離的主要因素。對包晶合金共生與準(zhǔn)共生組織起

4、源進行了探討，認(rèn)為纖維狀共生組織起源于包晶相在初生相平界面上的直接形核，層片狀共生組織起源于兩相競爭生長時初生相在包晶相島狀組織上橫向分叉鋪展，認(rèn)為纖維狀準(zhǔn)共生組織起源于成分過冷導(dǎo)致的初生相界面失穩(wěn)而呈胞狀生長。
　　對于Cu-Ge包晶合金，本文選擇了 Cu-12.8at.%Ge包晶點合金和Cu-13.9at.%Ge過包晶合金在25K/mm溫度梯度下進行了定向凝固。在 Cu-Ge包晶點合金和過包晶合金中都獲得了準(zhǔn)共生組織，為纖維狀

5、初生相鑲嵌在包晶相基體中的兩相組織，但其形態(tài)規(guī)則性和穩(wěn)定性隨著合金成分的增大而增加、隨著G/V值的增大而增加。在Cu-Ge包晶合金中均未獲得共生組織。
　　通過對比兩種合金的共生生長行為，分析了結(jié)晶溫度區(qū)間、包晶平臺溫度、包晶平臺成分區(qū)間以及溶質(zhì)溶劑密度比值等物性參數(shù)差異對合金凝固特性的影響。發(fā)現(xiàn)結(jié)晶溫度區(qū)間越大，合金界面穩(wěn)定性越差、糊狀區(qū)長度越長，越不易使包晶兩相在同一等溫線上生長而形成共生組織；包晶平臺溫度越高，固液界面前沿徑