三元Co-Cu-Si合金的液相分离与组织特征

在自由落体条件下实现了三元Co45Cu45Si10和Co25Cu25Si50舍金的快速凝固,所获得的最大过冷度分别为357 K(0.22TL)和320 K(0.20TL),测定其液相面温度分别为1 600 K和1 592 K,固相面温度分别为1 358 K和1 105 K.Co45Cu45Si10舍金液相分离临界过冷度仅为8 K.直径大于100μm的合金液滴发生L a-Co→ε-Co的包晶转变,凝固组织由(Cu)、ε-Co和α-Co三相组成,而直径小于100μm时,合金液滴的凝固组织主要由(Cu)和ε-Co两相组成.Co25Cu25Si50合金不存在液相分离临界过冷度,形成由CoSi、CoSi2和Cu3Si 3个金属间化合物相组成的快速凝固组织.尽管Cu3Si的形核率最大,但始终没有形成领先生长相.当过冷度小于127 K时,形成以CoSi2为初生相枝晶的凝固组织;当过冷度大于127 K时,则形成以CoSi为初生相枝晶的凝固组织.     

Fe-Sn-Si偏晶合金的快速凝固研究

在落管中对Fe60.4Sn29.6Si10、Fe43.6Sn21.4Si35和Fe20.1Sn9.9Si70三元偏晶合金进行了无容器快速凝固实验。3种合金液滴的直径范围为100~1 000μm的液滴,凝固组织都呈现2层或3层壳核组织以及第2相弥散分布的凝固组织。XRD、EDS及SEM分析表明,Fe60.4Sn29.6Si10合金液滴的凝固组织由α-Fe、β-Sn、FeSi和FeSn组成;Fe43.6Sn21.4Si35合金液滴的凝固组织由β-Sn、FeSn2、FeSi和Fe2Si组成;Fe20.1Sn9.9Si70合金液滴的凝固组织由β-Sn、FeSi2和Si组成。     

深过冷条件下Cu—Co合金的液相分解

用金相分析法对含10％－30％Cu-Co合金液态深过冷条件下的液相分解行为进行了研究,结果表明,在深过冷条件下Cu-Co合金首先形成富Co的α枝晶,由于α-Co枝晶;由于α-Co枝晶的分数小于平衡凝固态,剩余液相是过饱和的;当液态合金过冷到液相分解区后,将分解成富Cu和富Co的两个液相。Cu-Co合金液相分解过程包括富Co液滴的形成,长大、积聚及富Co液滴的二次相分解。首次观察到在过饱和的富Cu液相发生液相分解后,原始枝晶重熔并参与液相分解反常现象。     

三元Fe62.5Cu27.5Sn10合金的快速凝固组织演变机制

在自由落体条件下研究三元Fe62.5Cu27.5Sn10合金的亚稳相分离和凝固组织形成规律。结果表明:液相分离使得合金液滴在快速凝固过程中形成2~3层壳核组织和均匀弥散组织,其相组成为α-Fe固溶体和Cu3Sn金属间化合物相。分析液滴内部L2(富Cu)液相的运动特征发现,温度梯度和浓度梯度所引起的Marangoni运动促进壳核组织的形成,合金液滴的最终凝固组织由冷却速率、过冷度和Marangoni运动共同决定。如果液滴直径足够小,快速冷却能够抑制液相分离,凝固组织演变为等轴枝晶形态,其相组成为α-Fe固溶体和Cu2FeSn化合物。EDS分析显示,初生α-Fe相在快速凝固过程中发生了显著的溶质截留效应。     

自由落体条件下三元Ni-Pb-Cu偏晶合金的快速凝固

在自由落体条件下研究三元Ni62Pb30Cu8偏晶合金的相分离与快速凝固.XRD分析结果表明;凝固组织由固溶体(Ni)和(Pb)两相构成;随液滴直径减小,三元Ni62Pb30Cu8偏晶合金从壳核组织演变为(Pb)相颗粒分布在 (Ni)枝晶间的组织;在形成的壳核组织中,表面张力较小的(Pb)相始终占据最外层,有利于降低表面相和体系总吉布斯自由能.能谱测定发现,在固溶体(Ni)和(Pb)相中,溶质截留效应十分显著.采用传热模型计算了不同直径液滴的冷却速率与过冷度,二者均随液滴直径的增大而减小.理论分析了合金液滴的内部温度梯度与第二相L(Pb)液滴的Maragoni迁移,发现第二相L(Pb)液滴充分实现二次相分离.在自由落体条件下,合金液滴的最终凝固组织由冷却速率、表面偏析、Marangoni迁移和(Ni)枝晶生长共同决定.     

凝固科学技术与材料

从凝固科学与实践发展的角度介绍了当前凝固材料体系的基本框架和凝固科学主要发展阶段的基本理论。作为材料科学与工程的基本组成，凝固科学技术正在现代科学理论的基础上针对传统材料的改性提高和新材料的发展需求，以控形、控构、控性为目标开展优质铸件的定向、晶体生长、快凝、深过冷及各种新型和超常领域凝固过程的研究，并介绍了其中某些方面和展望了可能的发展趋势。     

Fe-Sn偏晶合金的深过冷快速凝固组织

采用3m落管实验装置研究了Fe—Sn偏晶合金深过冷快速凝固组织。结果显示在大的过冷度下，亚偏晶合金，偏晶合金和过偏晶Fe—Sn合金均获得了组织均匀的两相共生组织，表明在过冷条件下偏晶相图具有与共晶相图相似的偏晶共生区。在过偏晶合金中，富Sn液相优先聚集生长，具有调幅分解生长特征；而在亚偏晶合金中，领先形成相为Fe的固溶体，它以形核长大的方式进行。在Fe—26．2％Sn亚偏晶合金中，首次获得了绝对稳定平界面生长单相组织，实际的溶质分配系数kv→l，经计算，获得绝对稳定平界面生长的临界过冷度为588K，ΔT＝0．4TL，对应的生长速度为38．3m／s。     

快速凝固过程中的温度测量

设计了一种适用于深过冷液态金属快速凝固研究的宽量程简易外温度计，其测量范围为９２３－２２７３Ｋ，响应时间小于１ｍｓ，最小目标φ１．４ｍｍ，精度可达１％－２％，提出了一种分步恒温标定方法，在七种不同实验条件下对这一简易红外温度计和高精度ＮＱ０７／１３ＣＩＶ１２５－２Ｍ－ＥＳＰＵ红外测温系统进行了标定，由此导出一种简易标定法，并分析了提高快速凝固过程中测量精度的途径。     

三元Pb-Sb-Sn合金的快速凝固及组织特征

实现了三元Pb-12%Sb-4%Sn和Pb-15%Sb-10%Sn合金在深过冷条件下的快速凝固,实验中获得的最大过冷度分别为65 K(0.13TE)和70 K(0.13TL)。XRD分析表明,这两种合金在实验过冷度范围内均由(Pb)固溶体、(Sb)固溶体和SbSn金属间化合物三相组成。在小过冷条件下,Pb-12%Sb-4%Sn共晶合金的三相以层片状交替分布,协同生长。随着过冷度增大,(Sb)作为初生相以小平面方式生长,且三元层片共晶组织显著细化。对于Pb-15%Sb-10%Sn合金,其凝固组织由初生相、二相共晶和三元共晶组成,初生SbSn相以具有小平面特征的枝晶方式生长。在实验基础上,对三元Pb-Sb-Sn合金的形核特征和生长规律进行了理论分析。