Cu-1．0Cr合金初始非稳态凝固与凝固界面形态选择

试验观察了Cu-1.0Cr合金初始非稳态凝固过程,探讨了初始非稳态凝固界面形态选择对稳态凝固组织形成产生的影响.结果表明,亚共晶Cu-1.0Cr合金初始非稳态定向凝固过程经历了平面状初生α相、完全(α+β)共晶组织以及枝晶状α相+(α+β共晶组织的3个演变阶段.随着凝固速度增加,初始过渡区长度减小,非稳态凝固过程由两个过渡生长阶段:平面状初生α相生长阶段和完全(α+β)共晶组织生长阶段,变为一个过渡生长阶段:平面状初生α相生长阶段.初始非稳态凝固界面形态的选择决定了稳态凝固组织的构成.亚共晶Cu-Cr合金要获得完全的共晶组织,初始非稳态定向凝固过程中的组织生长必须保持平界面.     

凝固速率对Cu-1.0wt%Cr合金界面形态及枝晶演变的影响

研究了定向凝固速率对Cu-1．0wt％Cr亚共晶合金凝固界面形态及枝晶生长的影响。结果表明：当温度梯度一定时，随着凝固速率的提高，初生α相形态经过平面晶-胞晶组织-粗树枝晶-细树枝晶一系列的演化；初生α相的一次枝晶间距λ1在胞晶生长阶段逐渐增大，而在枝晶生长阶段，λ1又逐渐减小；而二次枝晶间距λ2随凝固速率的增加一直减小。     

Cu-Cr合金初始凝固界面形态对组织形成的影响

依据定向凝固初始过渡区的溶质分布,探讨了Cu-1.0wt%Cr合金凝固界面形态对组织形成的影响.研究表明:亚共晶Cu-1.0wt%Cr合金初始非稳态定向凝固过程经历了平面状初生α相、完全(α+β)共晶组织以及枝晶状α相和共晶的混合组织的三个演变阶段.随着凝固速度的增加,初始过渡区内单相α的凝固长度减小;初始凝固平界面易在初始过渡区的单相α生长阶段发生失稳,并导致完全(α+β)共晶组织的凝固过程不会发生.理论分析得到的初始过渡区平界面失稳及组织演变的规律,与实验结果相吻合.     

定向凝固速度对Cu-Cr合金组织形貌的影响

在高梯度定向凝固装置上制备Cu-1.0%Cr(质量分数)合金,用金相显微镜、扫描电镜进行微观组织的观察,研究定向凝固速度对Cu-Cr合金微观组织形貌的影响.研究结果表明,Cu-1.0%Cr合金定向凝固组织形貌为:初生α相和(α β)共晶组织相间生长,宏观上沿凝固方向呈纤维状排列;随着凝固速度的提高,凝固组织随着凝固界面形态的演化,出现胞晶组织→粗树枝晶组织→细树枝晶组织的一系列的形貌变化.     

高温度梯度下Al-In偏晶合金定向凝固组织的演化规律

应用高温度梯度的方法，研究了在定向凝固条件下温度梯度与凝固速率的比值G／R对Al-17．5％In(质量分数)合金凝固组织的影响．结果表明，偏晶合金的定向凝固与共晶合金定向凝固的生长规律类似．在高温度梯度下，仅在很低的生长速度时才能形成二相有序排列的共生．在偏晶合金定向凝固进入稳态生长以后，在各自的相凝固前沿富集了另一相的溶质，由于两相的层间距不大，长大过程中的横向扩散占主导地位．随着生长速度的增大或温度梯度的降低，Al-17．5％In合金定向凝固组织从纤维结构到周期性或规则排列的串状结构再到弥散分布结构转变．这种转变与固一’液界面形状的转变有密切关系．     

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。     

定向凝固恒速和跃迁加速下Cu-12.58%Mg过共晶合金的凝固组织演变

在定向凝固恒速和跃迁加速下,研究了Cu-Cu2Mg过共晶合金中Cu2Mg初生相和共晶组织的变化。结果表明,在定向凝固速率5～100μm／s下,Cu2Mgg初生相领先共晶组织生长,生长方向与定向凝固方向一致,界面形态从侧枝较少的树枝晶变为间距较小的细枝晶形态。在定向凝固速率从2μm／s跃迁加速到20μm／s下,生长Cu2Mg初生相枝晶有的被抑制停止生长,有的出现细化,面共晶组织细化是通过层片中Cu相分枝进行的。研究表明,通过定向凝固跃迁加速工艺方法,可使Cu—Cu2Mg共晶组织层片间距更加细化。     

过共晶Cu—Cr合金定向凝固特性研究

考察了Cu-1.7%Cr和Cu-5.6%Cr过共晶合金的定向凝固组织.实验表明:Cu-1.7%Cr和Cu-5.6%Cr过共晶合金定向凝固组织是由初生β相、α相和(α+β)共晶组成;α相是基于竞争生长机制的一种非平衡凝固组织.凝固速度和成分对初生β相生长形态产生显著影响.在Cu-1.7%Cr合金中,初生β相生长为等轴颗粒状,且受凝固速度的影响不大.在Cu-5.6%Cr合金中,随着凝固速度的增加,初生β相的生长形态经历了树枝状到等轴颗粒状的演变;α相包裹树枝状的初生β相生长,形成了类似"包晶"结构的微观形貌特征;颗粒状的、均匀分布的初生β相有利于α相的定向生长.降低合金成分和提高凝固速度有助于获得最佳组织形态的复合材料.     

铌硅化物基超高温合金整体定向凝固组织和固/液界面形态演化

采用有坩埚整体定向凝固技术研究了铌硅化物基超高温合金在不同过热温度下的定向凝固组织和固/液界面形态演化.研究结果表明:在抽拉速率均为15μm/s的条件下,当过热温度为1950℃时,定向凝固组织由初生铌基固溶体(Nb_(ss))枝晶和耦合生长的花瓣状(Nb_(ss)+γ-(Nb,X)_5si_3)共晶组成;当过热温度为2000和2050℃时,凝固组织为耦合良好的花瓣状共晶;但随着过热温度进一步提高到2100和2150℃,凝固组织演变为粗大树枝状Nb_(ss)和细小共晶.随着过热温度的提高,固/液界面形态出现树枝状界面→胞状界面→树枝状界面的形貌变化.     

过共晶Cu-Cr合金定向凝固组织中α相的形成机制研究

考察了Cu-1.7%Cr过共晶合金的定向凝固组织,对过共晶组织中出现亚共晶合金的初生α相的生长进行了探讨.研究表明:Cu-1.7%Cr过共晶合金定向凝固组织由初生β相、α相和(α-β)共晶组成;α相和(α+β)共晶的成分较大偏离平衡相图中的各相成分;初生β相分布在α相基体上.Cu-1.7%Cr凝固组织中α相的形成是非平衡凝固过程中枝晶α相和共晶相之间竞争生长的结果.α相是一种非平衡凝固组织,(α+β)共晶是偏离了平衡共晶成分的伪共晶组织.随着冷却速率的增加,α相的形貌尺寸减小,而数量有所增加.     

Al-4%Cu合金定向凝固温度梯度变化及界面形态演化规律

摘　要：研究了Al-4%Cu合金定向凝固界面形态随抽拉速率的演化规律及其转变机制.通过测量自行研制的定向凝固设备的温度梯度,发现温度梯度随抽拉速率的增大而减小,并随炉体温度的升高而增大.研究了Al-4%Cu合金定向凝固的界面演化及生长形态,对比后发现,在胞状生长过程中,竞争淘汰是主要的生长方式;而在高速抽拉过程中,尖端开裂是枝晶的主要生长方式.     

Microstructure Evolution of a Ternary Monotectic Alloy During Directional Solidification

A model was developed to describe the microstracture evolution in a directionally solidified ternary monotectic alloy.The directional solidification experiments were carried out on Al-3Pb-lSn(wt%) alloys by using a Bridgman apparatus.The microstracture evolution in the directionally solidified sample was calculated.The numerical results agree well with the experimental ones.It is demonstrated that the nucleation of the minority phase droplets occur at two different positions.One corresponds to the liquid-liquid decomposition,which occurs in front of the solidification interface.The other is at the liquid/solid interface.The nucleation rate of the minority phase droplets at the liquid/solid interface is significantly higher than at the position in front of the solidification interface.The characteristic of the nucleation process leads to a bimodal size distribution of the minority particles in the directionally solidified sample.     

Cu-55Sn亚包晶合金的定向凝固组织研究

考察了定向凝固速率在0．5～100μm／s范围内的Cu-55Sn亚包晶合金凝固组织及凝固速率对微观组织形态、界面温度及相含量的影响。结果表明，定向凝固组织由初生ε相、包晶η相和共晶体（η＋sn）组成。定向凝固速率在0．5～1．0μm／s范围内时，初生相连为一体，包晶相呈块状嵌于初生相内；当凝固速度大于5μm／s，组织为常见的包晶η相包裹ε相的板条状，其中ε相为领先相，不能形成ε相和η相等温界面的耦合生长，与最高界面生长温度假设的分析相一致。定向凝固过程中包晶转变不明显，包晶η相大部分由液相直接凝固而成，并且随冷却速度增大，凝固时间减少，包晶相含量先增后减，在10μm／s附近出现极值。     

定向凝固下Cu-Cr合金初始凝固的平界面距离及界面失稳

讨论了定向凝固下合金初始过渡区的溶质分布,说明合金可以在初始过渡区内发生平界面失稳现象,给出了界面失稳的临界速率表达式,获得了两种定向凝固过程中初始凝固的平界面距离与凝固速率之间的关系.对Cu-Cr合金初始凝固的平界面距离进行了分析,发现Cu-Cr合金中由于存在密度差,使得合金初始凝固的平界面距离增加,理论获得的规律与实验测量的结果基本吻合.     

Cu－0．99 Cr合金的组织和力学性能研究

在大气环境下采用普通中频感应电炉制备了Cu-0.99 Cr合金,并研究分析了该合金的铸态和热处理态的显微组织和力学性能.试验结果表明,铸态和固溶时效合金中所存在的相为α-Cu、Cr.铸态时部分Cr溶于基体中,部分Cr以第二相形式存在.合金铸态试样的拉伸强度为211.5 MPa,硬度为85.8 HB.对铸态合金试样经980℃×1 h固溶(水淬)→470℃×4 h时效(空冷)热处理后,过饱和固溶体分解析出了更多的Cr相.其拉伸强度和硬度分别提高到274.6 MPa和116.9 HB.     

连续定向凝固Be-Ag-Cu合金的组织和性能

研究了连续定向凝固Be-Ag-Cu合金棒材的铸态及冷加工后微观组织、力学性能和电学性能.定向凝固Be-Ag-Cu合金棒具有纵向连续纤维晶组织,与连续定向凝固单晶铜杆相比,Be-Ag-Cu合金具有高的强度、较高的塑性和电导率等特点.静拉伸断口形貌观察表明,定向凝固Be-Ag-Cu合金棒穿晶韧性断裂,其微观断口均呈山峰状,试样的宏观断口呈扁形且存在滑移线.经过大变形冷加工后Be-Ag-Cu合金具有致密的纤维组织结构,电导率略有下降,强度显著增加.     

试样尺寸对Al-4.5%Cu合金定向凝固组织和界面稳定性的影响

在传统Bridgeman方法下,利用Al-4.5%Cu合金内外同心嵌套试样,研究了自然对流对凝固过程及组织的影响。试验结果显示,温度梯度和抽拉速率均相同的定向凝固试样,尺寸较大试样的组织呈规则胞状或树枝状时,对应尺寸较小试样组织胞晶尖端发生分叉或杂乱树枝状,表明尺寸较小的试样液-固界面稳定性较差。较小试样尺寸限制了液相中自然对流致使溶质原子液-固界面处大量富集是凝固组织不规则与液-固界面不稳定的主要原因。     

定向凝固包晶合金的微观组织仿真分析

以Sn-1.6%Cd合金为研究对象,通过计算机仿真,对于不同对流条件下合金生长界面形态及界面前沿的溶质分布进行了分析。结果表明,Sn-1.6%Cd包晶合金的理论仿真计算结果和实验所得结果相差很小,验证了计算机仿真的正确性。