定向凝固包晶合金带状组织的形成机制及相选择Ⅱ.相选择

利用充分形核假设和成分过冷准则以及相稳定生长的最高界面温度判据,对包晶合金低速平界面凝固前沿尚未确立稳态成分分布的情况进行了分析,并考虑到相生长的历史相关性,建立了从初始到稳态的整个过渡区间,随凝固距离变化的相选择模型,与Hunziker模型相比,更清楚地分析了整个凝固过程中发生的相和组织形态的转变,对实验现象进行了更合理的解释,对Ti-Al合金相选择图的计算结果与理论分析一致。     

包晶合金定向凝固过程中的对流效应及带状组织形成机制Ⅰ.实验结果

利用电阻加热和感应加热Bridgman定向凝固系统对非小平面包晶系模型合金Fe-Ni合金进行系统的定向凝固实验研究,探索2种常规定向凝固条件下对流对包晶合金定向凝固过程中带状组织和宏观偏析的影响规律.发现在高G/V定向凝固过程中,对流使包晶合金定向凝固过程中轴向和径向形成严重的宏观偏析,从而使组织演化异常复杂且难以达到...     

Pb-Bi包晶合金定向凝固相和组织选择

针对Pb-Bi包晶合金中高速及低速定向凝固,利用最高界面生长温度判据以及充分形核和成分过冷准则,对Pb-Bi包晶合金定向凝固中初生α和包晶β两相的相互竞争规律进行预测。计算结果表明:在中高速凝固段,与Pb-26%Bi、Pb-28%Bi、Pb-30%Bi和Pb-34%Bi(质量分数)合金对应的α→β转变的临界生长速度分别为20、14、8.5和2 mm/s;在低速凝固段,合金的相选择图分为8个生长区,其中包括两相分别以单相生长区及两相混合生长区。利用该相选择图,结合温度梯度与凝固速度比值(G/V)及合金原始成分(C0)可预测相选择规律及组织形态。     

Zn-2%Cu包晶合金定向凝固的微观组织

对 Ｚｎ－２％Ｃｕ包晶合金进行了定向凝固实验研究，考察了在不同凝固速度条件下获得的凝固组织，并对其组织构成及尺度分布进行了分析 结果表明，组织从低速到高速经历了棒状胞晶—等轴晶—列状胞晶—板状胞晶—共生结构的转变，其中高速组织特征间距λ与凝固速度ｕ之间存在λ·ｖ０．５４７７＝５５０．５的关系，与低速胞晶组织相比较有显著差异；同时在没有出现平界面生长的条件下获得了包晶共生生长组织，由此对包晶共生生长的平界面假设提出了质疑。     

Pb-Bi包晶合金定向凝固过程中带状组织的形成(英文)

采用Bridgman定向凝固技术对Pb-Bi包晶合金进行定向凝固实验,生长速度为0.5μm/s,温度梯度为35K/mm。在亚包晶和过包晶成分的Pb-Bi合金中(Pb-xBi,x=26%,28%,30%和 34%)均观察到带状组织。由于熔体对流的影响,在试样中心形成树状初生α相,周围被包晶β相基体包围。带状组织出现在树状组织后,并且该带状组织为过渡性的。测定带状组织中的成分分布,从而确定α和β两相的形核过冷度。在有限长试样中,熔体对流是形成过渡性带状组织的主要原因,该过渡性带状组织表现为有限带数,带宽不恒定,且在Pb-Bi合金的两相包晶区很宽的成分范围内出现。     

Ti-Al包晶合金定向凝固及组织选择

考察了包晶合金分别在定向凝固初始过渡及稳态生长阶段的凝固特性;分析了凝固过程中液-固界面前沿两相形核过冷与成分过冷的条件及温度梯度(G)和生长速度(v)对两相竞争生长的影响和带状结构形成与共生生长的条件,确定了出现带状结构所必需的成分和G/v条件.计算了TiAl合金在初始过渡阶段初生相及包晶相的竞争生长和向稳态发展的过渡机制,并应用界面响应函数建立了不同成分TiAl合金在稳态生长过程中相与组织随生长速度演化的竞争选择模型及相应的凝固组织图,预测了TiAl合金在不同凝固条件下可能形成的相与组织形态.在所选的合金成分范围内定向实验所得的凝固组织与计算预测的组织选择图有较好的一致性.     

PdW20包晶合金的凝固组织及相选择

考察了凝固速率在50~1.8×103μm/s范围内的PdW20合金凝固组织及凝固速率对微观组织形态和领先相的影响。结果表明,三种不同凝固条件下的凝固组织由初生W相、包晶(Pd)相和固溶体Pd相组成。随着凝固速率增大,合金组织从树枝晶转变成等轴晶,晶粒大小快速减小。合金组织存在显微偏析,并且随着凝固速率增大,晶内与晶界上的成分差值减小。在3.2×102μm/s凝固速率下,观察到领先相W在进行包晶反应时不完全,还有部分W剩余。     

Zn-2%Cu包晶合金快速定向凝固层片状组织

利用Bridgman法对Zn-2％Cu(质量分数)包晶合金进行了快速定向凝固实验研究，当生长速度在1600～6400μm／s时，得到了类似于共晶的层片状组织。利用X射线衍射仪及透射电镜对层片状组织进行了相组成的分析，并结合计算亚稳相图对该组织的相及组织形成规律进行了分析，结果表明在快速凝固条件下Zn-2％Cu包晶合金中实现共生生长是可能的。     

Zn-Cu包晶合金定向凝固组织演化Ⅱ.相选择的改进分析

最高界面生长温度判据在充分形核假设条件下已经被应用于包晶凝固的相选择分析中，但在形核成为组织和相选择的重要控制因素时则需要对其适用性进行考察，本文在采用最高界面生长温度判据基础上，通过分析界面前沿成分过冷区的形核条件，对依据最高界面生长温度判据建立的组织选择图进行了修正，获得的结果能够很好地描述实验中获得的包晶合金定向凝固组织的演化规律。     

Zn-Cu包晶合金定向凝固组织演化Ⅰ.实验现象及分析

对亚包晶、过包晶以及接近包晶点成分的Zn-Cu二元合金进行了定向凝固实验，研究其在45K／mm的温度梯度以及2-6400μm／s凝固速度下的组织选择及演化规律，发现Zn-2％Cu的低速凝固组织为η相单相生长，高速下为η相胞晶 胞晶间ε相的组织；Zn-2．7％Cu，Zn-3％Cu以及Zn-4％Cu的低速凝固组织为η相基体 ε相定向枝晶，高速凝固组织为η相胞晶 ε相等轴晶．基于最高界面生长温度判据，在充分形核假设下对凝固过程中的相选择规律进行了分析，并与实验结果较好的吻合。     

包晶合金的定向凝固与生长

综述了包晶合金定向凝固中包晶相的形核与生长机制，讨论了利用最高界面生长温度假设以及成分过冷和充分形核判据下包晶合金的微观组织与相选择规律，对包晶相的3种生长机制进行了分析，并在Sn-Cu包晶合金定向凝固实验中发现其包晶反应不仅存在于凝固界面处，在后续冷却过程中也能进行，最后针对国内外包晶合金定向凝固研究的现状，提出了其需要进一步研究的问题。     

Phase and Microstructure Selection During Directional Solidification of Peritectic Alloy Under Convection Condition

A phase and microstructure selection map used for peritectic alloy directionally solidified under convection condition was presented,which is based on the nucleation,constitutional undercooling criterion(NCU criterion),and the highest interface temperature criterion.This selection map shows the relationships between the phase/microstructure,the G/V ratio(G is the temperature gradient,V is the growth velocity),and the alloy composition under different convection intensities and nucleation undercoolings.Comparing with the results from directional solidification experiments of Sn–Cd peritectic alloys,this selection map was generally in agreement with the experimental results.     

包晶Nd-Fe-B合金定向凝固与形核有关的组织选择

对Nd_(14)Fe_(79)B_7合金进行了定向凝固试验与形核有关的凝固组织形成研究.发现凝固速率为200和500μm/s试样中局部区域有粗大等轴Fe枝晶形成;并且在凝固速率500 μm/s的试样中存在α-Fe枝晶与Nd_2Fe_(14)B枝晶交替生长的带状组织.分析表明,当凝固速率为200μm/s时,定向生长的Fe枝晶界面前沿液相中的温度分布相对于γ-Fe平衡液相线是过冷的;当凝固速率为500μm/s时,Fe枝晶生长界面前沿相对于γ-Fe和Nd_2Fe_(14)B平衡液相线均会产生过冷.理论分析可以解释定向凝固试样中等轴晶和枝晶带状组织的形成.     

生长速度对Ti-45%Al包晶合金定向凝固组织的影响

通过电磁感应加热和液态金属冷却相结合的实验方法制备了Ti-45%Al(at%)包晶合金的定向凝固试样,并观察在不同生长速度下的微观组织和界面形态。结果发现,抽拉速度为10μm/s时,界面以胞晶形式生长,最终组织的α2 γ片层与生长方向垂直;抽拉速度为50μm/s时,观察到明显的枝晶生长界面,α2 γ片层与生长方向成45°夹角。低速下的胞状间距明显大于高速下的枝晶间距,说明快速凝固有利于减小枝晶间距。     

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。     

Al-Y包晶合金非平衡凝固过程及组织特征

包晶凝固过程中小平面-小平面两相复相生长方式是凝固领域研究的一个热点。以初生相和包晶相都是严格计量比金属间化合物的Al-Y包晶合金作为研究对象,利用DSC热分析技术,严格控制冷却速度,获得不同凝固条件的非平衡凝固试样,研究了两相为小平面相的Al-Y包晶合金的凝固行为。发现小平面-小平面包晶系合金包晶凝固过程中,非平衡凝固特性及宏观偏析特点比非小平面包晶系更加明显。凝固特征温度与平衡相图偏差明显,包晶反应温度和包晶相直接凝固温度都远高于平衡相图给定的值,相对于相图是在“过热”条件下发生的,而固溶体型包晶合金一般是在“过冷”条件下发生的。包晶转变过程非常微弱,致使初生相残留量远高于平衡相图。即使对于过包晶成分的合金,其凝固组织中仍存在大量的共晶凝固组织,最终得到的凝固组织与平衡相图存在显著差异。     

包晶合金定向凝固平界面前沿的形核分析

利用成分过冷和充分形核判据以及定向凝固中相稳定生长的最高界面温度假设,在包晶合金定向凝固初始过渡区及其之后两相低速平界面凝固时建立了初生相和包晶相界面前沿发生第二相形核转变所满足的成分条件,确定了不同凝固距离下出现两相平界面凝固带状组织的成分区间。Fe-Ni和Pb-Bi包晶合金理论计算结果与现有的实验结果进行了对比,两者吻合较好。     

高能超声处理对锡锑包晶合金凝固组织的影响

在锡锑包晶合金的凝固过程中导入高能超声，不仅显著细化α相和β相晶粒组织，同时使具有立方晶体特征的β相组织有明显的球化趋势，消除了密度偏析，分析了高能超声细化凝固组织的机理。