定向凝固Al-4%Cu合金微观组织和溶质浓度影响因素研究

以Al-4%Cu亚共晶合金为研究对象，研究不同试样尺寸、初始变形量以及晶体取向条件下定向凝固单晶Al-4%Cu合金微观组织、固溶体中溶质浓度变化，以及凝固过程中溶质的分布规律和影响因素。结果表明，随着试样直径增大，Al-4%Cu合金内非平衡共晶相体积分数提高，Cu溶质成分曲线越平缓，α-Al固溶体Cu溶质分布更加均匀，晶内偏析减小，这主要是由于大尺寸试样熔体中自然对流更加充分，促进了溶质在液相中的扩散，减轻了固液界面前沿溶质的富集；施加一定塑性变形后，由于变形导致试样中位错密度增加，位错增殖和运动过程中形成的空位缺陷可以容纳更多溶质原子，因而凝固初期Cu成分曲线升高，α-Al固溶体中溶质浓度增大；对于不同取向的试样，随着晶体取向偏离001]方向角度增大，微观偏析先降低后增大，而固溶体中溶质浓度先增大后降低。这是由于固/液界面能存在各项异性，溶质原子进入固/液界面的难易程度与晶体取向相关，不同晶面原子的吸附能力不一致，从而导致固液界面前沿溶质富集和固溶体中溶质浓度存在差异。