定向凝固恒速和跃迁加速下Cu-12.58%Mg过共晶合金的凝固组织演变

在定向凝固恒速和跃迁加速下,研究了Cu-Cu2Mg过共晶合金中Cu2Mg初生相和共晶组织的变化。结果表明,在定向凝固速率5～100μm／s下,Cu2Mgg初生相领先共晶组织生长,生长方向与定向凝固方向一致,界面形态从侧枝较少的树枝晶变为间距较小的细枝晶形态。在定向凝固速率从2μm／s跃迁加速到20μm／s下,生长Cu2Mg初生相枝晶有的被抑制停止生长,有的出现细化,面共晶组织细化是通过层片中Cu相分枝进行的。研究表明,通过定向凝固跃迁加速工艺方法,可使Cu—Cu2Mg共晶组织层片间距更加细化。     

凝固速率跃迁对定向凝固Al-40%Cu过共晶合金初生Al_2Cu相的影响

采用高温度梯度定向凝固装置进行了Al-40%Cu(质量分数)过共晶合金的定向凝固实验,研究了凝固速率跃迁过程中的凝固组织演变.结果表明,当定向凝固速率从10μm/s跃迁减速到2μm/s时,由于固/液界面附近的液相成分向共晶点成分变化以及耦合共晶组织的界面生长温度高于初生Al_2Cu相的界面生长温度,合金凝固组织从初生Al_2Cu枝晶和Al/Al_2Cu共晶组织转变为全耦合层片共晶组织.组织转变过程中,板条状的初生Al_2Cu相先分解成小尺寸的初生相,然后小的初生相逐渐被共晶组织所取代,这种组织转变是凝固界面前沿液相中溶质扩散不足造成的,而不是由合金中存在的热及溶质对流引起的.在初生相生长形态中,由于凝固速率跃迁引起的界面前沿液相中Cu成分富集,造成凝固界面生长温度升高,Jackson因子α变小,Al_2Cu初生相由小平面相向非小平面相转变.     

合金成分和冷却速率对Al-Cu合金凝固过程中初生Al_2Cu相生长形貌的影响

对Al-x Cu(x=30,40,45,50,质量分数,%)合金凝固组织进行了系统的观察.结果表明,随合金中Cu含量由30%(质量分数,下同)增加到50%,合金中初生Al_2Cu相形貌由枝晶状逐渐转变为棱面状,表明Al_2Cu相的生长方式由非小平面生长转变为小平面生长.冷却速率对初生Al_2Cu相生长形貌具有重要影响,冷却速率较低时,初生Al_2Cu相为规则的棱面状;随着冷却速率增大,初生Al_2Cu相逐渐转变为不规则的非棱面状,表明Al_2Cu相的生长方式由小平面生长转变为非小平面生长.对凝固过程中初生Al_2Cu相形貌转变研究发现,Cu含量为45%时,初生Al_2Cu相形貌由枝晶状向方形转变;Cu含量增加到50%时,初生Al_2Cu相形貌由枝晶状转变为网状.     

定向凝固速率对Al-Al_2Cu过共晶合金中组织形态及取向变化的影响

对Al-40%Cu(质量分数)过共晶合金在2、10和100μm/s速率下进行定向凝固实验,观察了不同速率下的组织形态,并分析造成组织形态差异是由于各相之间的竞争生长所致;采用X射线衍射技术对过共晶合金中Al_2Cu相进行宏观极图测试并计算其取向分布函数(ODF),同时采用EBSD技术对定向凝固样品进行微观取向测试。结果表明:当定向凝固速率为2μm/s时合金组织为全共晶组织(Al/Al_2Cu),其中的Al_2Cu相取向集中在(001)方向;随着凝固速率增加到10μm/s时,Al_2Cu相优先共晶相生长形成初生Al_2Cu相枝晶组织,具有小平面相生长特征,其取向主要集中在(001)方向;当凝固速率达到100μm/s时,Al_2Cu相枝晶为非小平面特征的复杂枝晶形貌,其取向集中在(100),(110)和(001)等方向;且Al_2Cu相枝晶沿着平行于定向凝固热流方向生长。XRD宏观取向结果表明,取向更为集中的定向凝固组织在相对较低的抽拉速率下可以得到很好地控制。     

定向凝固Al-40%Cu合金三维微观组织重构及共晶间距演变

本文利用连续切片技术研究了定向凝固Al-40%Cu过共晶合金中金属间化合物Al₂ Cu初生相的三维微观组织,以及抽拉速率跃迁下,三维共晶组织形态的演变和间距调整.结果表明:抽拉速率为5μm/s时,初生Al₂Cu三维组织沿生长方向存在棱面和棱角,表现出明显的棱面相生长形态;凝固过程中初生Al₂Cu相释放的结晶潜热使得生长界面发生局部重熔,三维组织中出现孔洞,形成拓扑缺陷.在Al-40%Cu合金三维共晶组织中,Al₂Cu相和Al相的体积分数分别为56.8%和43.2%,且Al₂Cu相的生长方向与试样轴向夹角为5.1°.当抽拉速率从2μm/s突然跃迁到500μm/s时,三维共晶组织形态从层片向棒状转变,这种转变不是由合金中两相体积分数变化造成的.三维共晶组织间距调整机制不同于二维组织中的分叉、内凹和界面重新形核,而是通过三维空间非同一平面连续的分叉、分枝进行,在三维下并没有观察到二维下的重新形核共晶间距调整机制.     

定向凝固Cu-10.25%Mg过共晶合金中初生Laves相Cu2Mg枝晶三维形貌

采用连续切片技术重构了定向凝固Cu-10.25%Mg过共晶合金中初生Laves相Cu₂Mg的三维枝晶形貌.结果表明,Cu₂Mg二次枝晶的三维生长形态在不同凝固环境中呈现"八面体"、"棱面"或"板条"状,侧枝生长形态不对称,二维截面组织中沿生长方向不连续的枝晶实质上是枝晶二次侧枝的横断面组织,部分沿生长方向分叉的枝晶仅是某个初生枝晶一次轴的局部,而非二维截面组织推断出的初生桉晶分叉现象.20μm/s抽拉速率下合金的一次和二次枝晶间距分别为112.53和40.78μm,该值与凝固分数f_s=0.6时侧枝呈现"板条"枝晶的一次和二次枝晶间距测量值123.30和44.82μm相近,比f_s=0.8时侧枝呈现"八面体"枝晶的值198.00和47.66μm要小.三维初生Cu₂Mg枝晶"八面体"、"棱面"和"板条"侧枝的生长速率数值分别为1.40.1.94和2.66μm/s,比一次技晶主干生长速率要小近一个数量级.     

定向凝固Al-Y合金组织演化规律及小平面相生长 Ⅱ.Al-53%Y包晶合金组织演化规律

对Al-53%Y(质量分数)包晶合金在1~100μm/s的抽拉速率下进行定向凝固实验,研究了合金组织演化及包晶合金中两相的竞争和生长行为.结果表明,铸态Al-53%Y合金的显微组织主要由初生Al2Y相、包晶Al3Y相和Al3Y/Al共晶体组成.在低速1μm/s定向凝固过程中,初生相与包晶相均连续生长,出现了平行于固/液界面的近似带状组织.随着凝固距离的增加,固/液界面处的领先相由初生Al2Y转变为包晶Al3Y,固/液界面为粗大条形Al3Y相,而无初生相.在较高抽拉速率的定向凝固过程中,随着抽拉速率的增加,Al2Y相由平界面生长转变为胞状形态,后又转变为枝晶状.包晶相Al3Y最初以锯齿状包裹在初生相表面,同时在液相中以细针状直接析出,抽拉速率越大,包晶相Al3Y数量越多且尺寸越细小.随着凝固距离的延长,包裹初生相的包晶相厚度增加,体积分数增大.另外,从液相中直接析出的Al3Y相逐渐长大,由细针状变为短棒状、块状,均匀分布在包晶组织周围并与之相连接.     

Al-40Cu合金定向凝固铸锭的宏观偏析研究

通过Al-40Cu过共晶合金在10μm/s的凝固速率下定向凝固,得到了4mm×120mm铸锭。采用光学显微镜、成分分析等手段研究了定向凝固铸锭不同部位的凝固组织、宏观偏析等。结果表明,Al-40Cu合金在10μm/s的定向凝固速率下,铸锭沿生长方向存在凝固组织从有大量初生Al2Cu相到初生Al2Cu相消失转变。这是因为合金中液相的流动造成了Cu元素轴向宏观偏析,利用Scheil方程和BH模型进行了理论计算,试验结果与理论值基本一致。     

纵向强磁场对定向凝固Al-4.5%Cu合金显微组织的影响

强磁场可明显影响Al—4．5％Cu（质量分数）合金定向凝固组织．在温度梯度GT=38K／cm，生长速率较低（R=5μm／s）时，10T强磁场使液-固界面处的树枝晶变得不规则，低于共晶温度以下的固相区定向枝晶组织消失，组织细化；在生长速率R=50μm／s时，10T强磁场使得枝晶沿与凝固方向成一定角度定向排列，X射线衍射表明（111）方向转向磁场方向；在生长速率较高（R=100μm／s）的情况下，10T强磁场使得枝晶粗化，一次枝晶间距增大．从热电磁流体理论和磁晶的各向异性角度分析了上述现象．     

Pb-Bi包晶合金定向凝固微观组织演化

对Pb-(26,28,30,34)Bi(质量分数,%,下同)包晶合金进行平界面生长的低速定向凝固到枝晶状生长的高速定向凝固实验,研究了Pb-Bi包晶合金的微观组织形成及其演化。实验结果表明,在温度梯度G=30K/mm条件下,当凝固速度V=0.25μm/s时,初生α相和包晶β相均以平界面生长,凝固组织的演化过程为:单相初生α相→两相竞争组织→β单相。V=0.5μm/s时,定向凝固组织的演化过程为:单相初生α相→胞状α相+胞间包晶β相→α+β两相竞争组织→β单相。在G=20K/mm条件下,当凝固速度V=1μm/s时,初生α相以胞状领先生长,包晶β相则在胞状α间形核生长,并包裹住α胞。当凝固速度增加至V≥2μm/s时,初生α相由胞状转变为枝晶状,包晶β相则在枝晶间包围α枝晶。     

基于微观测量技术的Cu-10.25%Mg过共晶合金定向凝固过程中的枝晶形貌分析

采用连续切片三维重构技术,以C15结构的Laves相Cu2Mg为研究对象,研究Cu-10.25%Mg过共晶合金定向凝固过程中初生相Cu2Mg的三维枝晶形貌。结果表明,其二次侧枝具有"板条"、"棱面"和"八面体"的形态,三维截面组织能够较好的反映初生相Cu2Mg的枝晶形貌,共晶组织填充了一次枝晶干和侧枝之间存在的空隙。     

熔体对流对Pb-26%Bi亚包晶合金定向凝固初生相的一次枝晶间距的影响

测量不同直径管中Pb-26%Bi（质量分数）亚包晶合金定向凝固试样的初生α相的一次枝晶间距,考察熔体对流对初生α相一次枝晶间距的影响。结果表明：一次枝晶间距随着试样直径的增大而增大。在凝固速度5μm/s,直径1.8mm的试样中的初生α相的一次枝晶间距为161.5μm,而在直径为7mm的试样中则增大到240.4μm。大直径试样中的熔体强对流将促进有效溶质扩散,加快包晶反应和包晶转变导致细小的α枝晶溶解,从而使得初生α相的一次枝晶间距增大。     

抽拉速率对Ti-47.5Al-6Nb-2Cr-0.5Si合金定向凝固组织的影响

采用感应加热定向凝固炉对Ti-47.5Al-6Nb-2Cr-0.5Si(at%)合金在抽拉速率6、15、25、100μm/s下进行定向凝固实验。结果表明:抽拉速率为6μm/s时,固/液界面是胞枝状,片层取向与生长方向夹角为45°,初生相为β相;抽拉速率为15~100μm/s时,固/液界面以树枝状向前推进,且随着抽拉速率的增加,一次枝晶间距减小,片层取向与生长方向的夹角由45°向90°转变,初生相由β相转变为α相;抽拉速率大于6μm/s时,组织中出现硅化物析出相,且随着抽拉速率的增大,析出相越来越多,分布变密,沿生长方向逐渐成线条状。     

生长速率对NiAl-7.8Mo亚共晶合金定向凝固组织及界面形态的影响

采用高温度梯度定向凝固装置制备了NiAl-7.8Mo亚共晶合金,系统研究了生长速率对合金凝固时界面形态、枝晶生长及初生相析出的影响.随生长速率的增大,固液界面依次呈现平、胞枝、枝的形貌转变,初生β相的一次枝晶间距λ1在胞晶生长阶段逐渐增大,而在枝晶生长阶段λ1又逐渐减小;二次枝晶间距λ2随生长速率的增加一直减小.初生β相的析出量随生长速率的增加而增加.分析结果表明:生长速率增加导致熔体过冷度增加,使得NiAl初生相形核率增加,最终导致初生β相的析出量随生长速率的增加而增加.     

定向凝固Ti—43Al—3Si合金的组织演化规律 Ⅱ.稳态生长区组织演化规律

分析了定向凝固Ti-43Al-3si(原子分数,%)合金在3-90μm/s的生长速度下的稳态生长区组织.在定向凝同过程中经历下列反应:L→Ti5Si3,L→α+Ti5Si3,α→α2(Ti3Al)+γ(TiAl),α2→γ+Ti5Si3,其中,α与Ti5Si3共晶是合金最显著的凝同行为.当生长速度大于20μm/s时,还出现L→γ+Ti5Si3.随着生长速度增大,稳态组织逐渐由粗胞晶向细胞晶、胞状枝晶及枝晶转变,起稳定α相作用的Ti5Si3相由低速时分布于α相中逐渐向高速时分布于凝固γ相中转变,不利于该合金的引晶.选择10/μm/s的初始生长速度,既能减少到达稳态生长的距离,又能保证引晶效果.     

定向凝固速率对Cu-7．9％Co包晶合金凝固组织的影响

对Cu-7．9％Co包晶合金不同定向凝固速率下的凝固组织进行了研究。结果表明：在定向凝固速率1μm／s～100μm／s下，随凝固速率的提高，初生α-Co相体积分数减少，使形态从定向生长的枝晶转变为等轴枝晶，相应地β-Cu包晶相的生长界面形态由平界面转变为枝状界面。利用最高界面生长温度假设，计算得到了凝固速率在0．55μm／s～5000μm／s范围内α-Co相领先于β-Cu相生长，与实验结果较为吻合；并当凝固速率大于5000μm／s时，β-Cu相的凝固界面生长温度高于α-Co而成为领先相，可以不通过包晶反应直接从熔体中凝固析出。     

加热温度对定向凝固Ni-45Ti-5Al合金组织特征的影响

采用液态金属冷却定向凝固技术研究了Ni-45Ti-5Al(原子分数,％)合金在1450、1550和1650℃下定向凝固组织的演变规律.结果表明,Ni-45Ti-5Al合金定向凝固生长区宏观组织为柱状晶,定向效果良好;微观组织呈胞状晶形态生长,由初生NiTi基体相和Ti2Ni析出相组成;NiTi相和Ti2Ni相分别以[100]和[111]方向择优取向,两相组织均固溶有一定量Al,且基体相中Al含量大于析出相中Al;随加热温度的升高,定向胞晶组织变化不明显,胞晶间距为30～50μm,在1550℃定向凝同时Ti2Ni相析出量最大.     

基于CA方法的Ti-45Al合金定向凝固过程微观组织模拟

采用CA方法建立了Ti-45Al(at.%)合金定向凝固过程中的组织演变数值计算模型,考虑了二元合金包晶反应过程,对液态金属冷却定向凝固过程中Ti-45Al合金的组织演变进行了模拟。模拟结果表明,定向凝固组织分为初生等轴晶组织、稳定生长的柱状晶以及中间过渡区域3部分,柱状晶一次臂间距随抽拉速度增大而减小。Ti-45Al合金在0.1 mm/min抽拉速度条件下,得到了以初生β相为主的凝固组织,在枝晶间溶质富集处有少量的包晶相析出,与相关试验结果基本一致。     

纤维尺寸和界面形态对定向凝固NiAl-9Mo共晶合金电化学腐蚀性能的影响（英文）

由于凝固组织对腐蚀有着重要的影响,本文主要目地获取最优组织形态和电化学参数生产钼纳米丝。研究表明NiAl-Mo共晶合金定向凝固下,组织由基体NiA l相和纤维Mo相共生耦合生长。随着抽拉速率从10μm/s增大到40μm/s时,纤维尺寸从800 nm减小到300 nm,界面形态也从平界面变化成胞界面。同时在0.1 mol/L HCl电解液下测量其极化曲线,发现凝固速率为20μm/s时耐腐蚀性能最好。对于NiAl-Mo共晶合金,影响电化学腐蚀性能的不仅仅是纤维尺寸,还取决于界面形貌。为了更进一步研究界面形态对腐蚀的影响,设计了跃迁变速实验,实验表明定向凝固组织形貌会随着变速比的增大从平界面变成胞界面,最后变成枝界面,然而最后的纤维尺寸和变速比无关,和恒速抽拉相同。极化曲线表明平界面有着最好的耐腐蚀性能。     

定向凝固Ti-50Al合金组织演化及其片层取向控制

对Ti-50Al(原子分数,%)合金在较宽的生长速率范围内进行定向凝固实验,研究了生长速率对固/液界面形态、微观组织演化及片层结构形成的影响.发现合金在1-5μm/s的速率范围内均以α胞晶单相生长,最终形成全片层结构;当生长速率达到10μm/s时,在初始凝固的较长距离内为α胞品单相生长,随着凝固的进行,胞晶间溶质逐渐富集,晶间出现从液相析出的γ相,最终不能形成全片层结构;当生长速率大干15μm/s时,合金以α枝晶生长,枝晶间也出现γ相.对各生长速率下形成的片层结构取向的分析表明,片层结构取向与定向凝固启动界面处铸态品粒的取向的历史有关.根据上述规律,以Ti-50Al合金为籽晶和主体合金,选择确保α单相凝吲的生长速率8 μm/s,进行片层取向控制,最终扶得取向与生长方向一致的全片层结构.