对流作用下胞晶侧向生长实时观察

对透明模型合金的晶体生长过程进行实时观测, 是研究晶体凝固过程的有效手段, 对认识晶体组成结构形成机理及控制金属组织结构具有重要的意义. 采用自行设计的定向晶体生长室和观察测量装置, 在不同的晶体生长速度下, 对丁二腈-5wt%乙醇透明模型合金定向凝固的界面生长形态进行了实时观测研究. 实验发现, 由于重力对流和微对流机制对晶体生长过程的影响, 使得胞晶在生长过程中有明显顺流偏转现象.     

温度和溶质分布对枝晶竞争生长的影响

实时观测了丁二腈-5%乙醇模型合金在定向凝固过程中枝晶的生长过程,研究了温度和溶质分布对枝晶生长形貌的影响.结果表明,两相互竞争生长的枝晶所夹击的枝晶界面上的溶质浓度由于两边枝晶生长时溶质的排泄而不断增大,溶质偏析越来越严重,最终在所夹击的枝晶上形成缩颈;多个枝晶竞争生长时,被夹在中间的枝晶,由于其他枝晶生长过程中凝固潜热的释放,夹击区域温度较高而形成一个成分过冷,使得被夹击的枝晶生长速度较小而出现缩颈.理论分析认为,提高固液界面的液体流动速度,加大温度和溶质浓度分布的不均匀,导致颈缩加剧,这与试验结果吻合.     

重力对流作用下枝晶生长的形貌研究

以透明模型合金丁二腈-5％乙醇作为试验对象，利用自行研制的生长室和生长观察系统，详细考查了垂直于生长界面的重力对流作用下，丁二腈-5％乙醇模拟合金枝晶形貌生长的演化过程。研究表明，随着生长速度的增大，重力对流作用下枝晶一次间距相对于无重力对流情况时增大，尖端半径相对于无重力对流时减小；重力对流使得枝晶迎流侧二次臂生长较快，较为发达；流场产生的Stokes力和重力的共同作用最终造成了枝晶尖端形态的顺流偏转。