空間模擬條件下共晶和偏晶合金的快速凝固.pdf

1、本文采用落管無容器處理實(shí)驗(yàn)方法模擬空間環(huán)境，對Co-Ge和Al-Ge共晶合金系以及Fe-Sn和Cu-Pb偏晶合金系進(jìn)行了快速凝固研究。主要取得以下研究成果：通過研究Co-29.7％Ge共晶和Co-33％Ge過共晶合金的快速凝固過程，揭示了共晶和枝晶快速生長的特征及其組織演變規(guī)律。隨著過冷度的增大，Co-29.7％Ge共晶組織發(fā)生“層片共晶→不規(guī)則共晶”的轉(zhuǎn)變。Co-33％Ge過共晶合金中初生β-Co5Ge3相的快速凝固組織從柱狀枝晶轉(zhuǎn)變

2、為等軸枝晶。當(dāng)△T＜172K時(shí)，β-Co5Ge3枝晶的生長主要受溶質(zhì)擴(kuò)散控制；一旦△T＞172K，發(fā)生溶質(zhì)擴(kuò)散控制向熱擴(kuò)散控制生長的轉(zhuǎn)變。計(jì)算確定出共生區(qū)的成分范圍為25.7～31.4％Ge，溫度范圍為1381～1158K。 深入分析了Al-45％Ge亞共晶和Al-51.6％Ge共晶的快速生長形態(tài)轉(zhuǎn)變規(guī)律及其與過冷度的關(guān)系。對于Al-51.6％Ge共晶合金，隨過冷度的增大，組織形態(tài)由層片共晶向不規(guī)則共晶轉(zhuǎn)變。形成不規(guī)則共晶的臨界

3、過冷度為.101K，這與共生區(qū)的下限過冷度相一致。Al-45％Ge亞共晶合金中初生(Al)相由柱狀枝晶向等軸枝晶轉(zhuǎn)變，其生長始終受溶質(zhì)擴(kuò)散控制。共生區(qū)成分范圍為48～59％Ge，溫度范圍為693～583K，偏向富Ge一側(cè)。 系統(tǒng)研究了Fe-Sn偏晶合金系中六種不同成分合金的無容器快速凝固過程，揭示出其組織形態(tài)轉(zhuǎn)變規(guī)律和相分離機(jī)制。Fe-48.8％Sn偏晶合金在過冷度較小時(shí)，凝固組織由α-Fe相和富Sn相形成的纖維狀兩相共生組織和

4、富Sn相顆粒分布在α-Fe基底上形成的組織共同構(gòu)成。在過冷度較大時(shí)，凝固組織全部為富Sn相的顆粒狀組織均勻彌散分布在α-Fe基底上。在過冷度中等時(shí)，形成完全呈共生生長的凝固組織。Fe-15.6％Sn和Fe-40％Sn亞偏晶合金的凝固過程同亞共晶合金類似，主要以枝晶生長為主，枝晶組織隨著過冷度的增大顯著細(xì)化。Fe-58％Sn和Fe-85.1％Sn過偏晶合金的凝固組織表現(xiàn)為柱狀α-Fe枝晶和球形顆粒狀組織分布在富Sn相基底上。α-Fe枝晶隨

5、過冷度的增大碎斷細(xì)化。不混溶間隙最高點(diǎn)成分Fe-68％Sn過偏晶合金的微觀形貌呈現(xiàn)出兩層和三層的殼核組織。 對Cu-10％Pb亞偏晶、Cu-37.4％Pb偏晶和不混溶間隙最高點(diǎn)成分Cu-64％Pb過偏晶合金的快速凝固組織進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，Cu-10％Pb亞偏晶合金中(Cu)相總是以枝晶的方式生長，富Pb相主要在枝晶間生成，(Cu)相的生長形態(tài)隨過冷度增大從粗大的枝晶組織演變到等軸晶。Cu-37.4％Pb偏晶合金，隨著過冷度的

6、增大，具有單個(gè)偏晶胞組織的粒子數(shù)目增加，而含多個(gè)偏晶胞組織的粒子數(shù)目則是先增加后減少，總趨勢是向單個(gè)偏晶胞組織發(fā)展。說明偏晶胞是快速凝固過程中的產(chǎn)物。Cu-64％Pb過偏晶合金的微觀組織呈現(xiàn)出兩層和三層的殼核組織。 在快速凝固過程中，兩種共晶組織隨過冷度的增大由層片共晶向不規(guī)則共晶的轉(zhuǎn)變由無容器狀態(tài)產(chǎn)生深過冷引起，受微重力效應(yīng)的影響不明顯。落管微重力無容器條件下，兩種偏晶合金均形成纖維狀類似共晶形貌的凝固組織。說明這種組織的形成