定向凝固Fe-Ni和Cu-Ge包晶合金共生與準(zhǔn)共生行為對(duì)比分析.pdf

1、定向凝固技術(shù)制備的兩相規(guī)則排列的（準(zhǔn)）共生生長(zhǎng)組織是一種重要的原位自生復(fù)合材料。但這種技術(shù)目前廣泛應(yīng)用在共晶合金中，在包晶合金中尚未得到成熟發(fā)展，這主要是因?yàn)榘上嘀g不易形成類似共晶兩相之間的溶質(zhì)擴(kuò)散偶。因此，系統(tǒng)地研究包晶合金（準(zhǔn)）共生生長(zhǎng)機(jī)制具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。本文選擇了Fe-Ni和Cu-Ge兩種物性參數(shù)差異很大的包晶合金分別進(jìn)行定向凝固實(shí)驗(yàn)，探索了共生組織的形成條件、形態(tài)演化和生長(zhǎng)穩(wěn)定性等，并通過(guò)兩種合金（準(zhǔn)）共生組

2、織的對(duì)比，分析了物性參數(shù)差異對(duì)包晶合金（準(zhǔn)）共生行為的影響。
　　對(duì)于Fe-Ni包晶合金，本文選擇了Fe-4.1at.％Ni亞包晶合金和Fe-4.4at.%Ni過(guò)包晶合金在22K/mm溫度梯度下進(jìn)行了定向凝固。在Fe-Ni亞包晶合金較高G/V值下獲得了長(zhǎng)程穩(wěn)定存在的纖維狀共生組織，在Fe-Ni亞包晶合金較低G/V值下獲得了長(zhǎng)程穩(wěn)定存在的纖維狀準(zhǔn)共生組織，說(shuō)明共生與準(zhǔn)共生組織是可以在 Fe-Ni亞包晶合金中成功制備并投入工業(yè)應(yīng)用的；

3、在 Fe-Ni過(guò)包晶合金較高G/V值下獲得了短程不穩(wěn)定存在的層片狀共生組織，這種組織出現(xiàn)后隨即演化為包晶相單相組織，而且在Fe-Ni過(guò)包晶合金較低G/V值下并未獲得準(zhǔn)共生組織而是獲得了胞狀包晶相單相組織，說(shuō)明 Fe-Ni過(guò)包晶合金難于制備可工業(yè)應(yīng)用的共生組織。對(duì)比了不同 C0和G/V下獲得的共生組織的形態(tài)特征、起始位置、存在距離等參數(shù)，并指出溶質(zhì)富集導(dǎo)致的剩余液相平均成分增加是限制共生組織存在距離的主要因素。對(duì)包晶合金共生與準(zhǔn)共生組織起

4、源進(jìn)行了探討，認(rèn)為纖維狀共生組織起源于包晶相在初生相平界面上的直接形核，層片狀共生組織起源于兩相競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)時(shí)初生相在包晶相島狀組織上橫向分叉鋪展，認(rèn)為纖維狀準(zhǔn)共生組織起源于成分過(guò)冷導(dǎo)致的初生相界面失穩(wěn)而呈胞狀生長(zhǎng)。
　　對(duì)于Cu-Ge包晶合金，本文選擇了 Cu-12.8at.%Ge包晶點(diǎn)合金和Cu-13.9at.%Ge過(guò)包晶合金在25K/mm溫度梯度下進(jìn)行了定向凝固。在 Cu-Ge包晶點(diǎn)合金和過(guò)包晶合金中都獲得了準(zhǔn)共生組織，為纖維狀

5、初生相鑲嵌在包晶相基體中的兩相組織，但其形態(tài)規(guī)則性和穩(wěn)定性隨著合金成分的增大而增加、隨著G/V值的增大而增加。在Cu-Ge包晶合金中均未獲得共生組織。
　　通過(guò)對(duì)比兩種合金的共生生長(zhǎng)行為，分析了結(jié)晶溫度區(qū)間、包晶平臺(tái)溫度、包晶平臺(tái)成分區(qū)間以及溶質(zhì)溶劑密度比值等物性參數(shù)差異對(duì)合金凝固特性的影響。發(fā)現(xiàn)結(jié)晶溫度區(qū)間越大，合金界面穩(wěn)定性越差、糊狀區(qū)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，越不易使包晶兩相在同一等溫線上生長(zhǎng)而形成共生組織；包晶平臺(tái)溫度越高，固液界面前沿徑