Microstructure transition from primary ε phase to peritectic η phase in Cu-75%Sn peritectic alloy under laser rapid solidification

采用激光表面快速熔凝设备, 研究了Cu-75%Sn过包晶合金在1至100 mm/s扫描速度范围内的 凝固组织及其变化规律. 当扫描速度增大到20 mm/s时, 包晶η相可直接从液相中析出, 而无需通过包晶 反应(ε+L→η)生成, 最终凝固组织由包晶η相和富Sn相组成. 基于最高界面生长温度判据, 针对凝固过 程中初生ε相和包晶η相皆为金属间化合物的特性, 对Umeda等人给出的包晶合金竞争生长模型进行了 修正. 利用修正的模型计算了初生相从ε相到η相转变的临界凝固速度为19.5 mm/s, 与实验获得的10-19.3 mm/s基本吻合.     

激光快速熔凝Cu-75％Sn过包晶合金中ε相向包晶η相的转变

采用激光表面快速熔凝设备,研究了Cu-75%Sn过包晶合金在l至100 mm/s扫描速度范围内的凝固组织及其变化规律.当扫描速度增大到20 mm/s时,包晶η相可直接从液相中析出,而无需通过包晶反应(ε L→η)生成,最终凝固组织由包晶η相和富Sn相组成.基于最高界面生长温度判据,针对凝固过程中初生ε相和包晶η相皆为金属间化合物的特性,对Umeda等人给出的包晶合金竞争生长模型进行了修正.利用修正的模型计算了初生相从ε相到η相转变的临界凝固速度为19.5 mm/s,与实验获得的10-19.3 mm/s基本吻合.     

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。     

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。     

定向凝固Ti-46Al-8Nb合金的微观组织演变与微观偏析(英文)

在3～70μm/s的生长速度范围内对Ti-46Al-8Nb(摩尔分数,%)合金进行定向凝固实验,研究其微观组织演变和微观偏析形式。在该生长速度范围内,固-液界面表现为规则的枝晶生长,一次枝晶间距随着生长速度的加快而逐渐减小。在定向凝固过程中观察到典型的L+β→α包晶反应,最终得到具有α2/γ层片和B2相的微观组织。在各个晶粒中,层片与β相枝晶初始生长方向呈0°或45°。包晶反应导致严重的成分偏析,在凝固过程中,铝富集在枝晶间,铌富集在枝晶心部。随着α相的形核和生长,铌的偏析程度逐渐增大,从而促进B2相的析出,而富集在枝晶间的铝在包晶反应发生后逐渐变得均匀、一致。     

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.     

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。     

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。     

Pb-Bi-Sn准包晶合金定向凝固微观组织演化

采用液态金属冷却定向凝固结合液淬法,在温度梯度为18 K/mm、凝固速度为0.5～100 μm/s的条件下系统研究了Pb-30％Bi- 18％Sn准包晶合金的微观组织演化及溶质分布规律.主要从凝固路径、相组成、溶质分布及微观组织特征等几个方面来研究Pb-Bi-Sn准包晶合金定向凝固过程的组织演化.其中,准包晶合金的凝固路径通过DSC差热分析的方法进行研究,发现其凝固路径为:L→L+α-Pb→L+α-Pb+β-Pb7Bi3→L+α-Pb+β-Pb7Bi3+Sn→ (β-Pb7Bi3+Sn)共晶.结合XRD,分析定向凝固试样的相结构,结果表明:试样由具有面心立方结构的α-Pb相、密排六方结构的β-Pb7Bi3相和体心正方结构的(Sn)相构成.在Pb-Bi-Sn合金定向凝固过程中,当凝固速度为0.5～2 μm/s时,初生α-Pb相以胞状界面生长,而当凝固速度增大至5μm/s及以上时,初生α-Pb相将由胞状转变为枝晶状界面生长.利用能谱分析仪对定向凝固试样进行溶质分布测试,发现局部出现溶质偏析,导致共晶组织(β-Pb7Bi3+Sn)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.