落管無容器處理?xiàng)l件下快速共晶生長研究.pdf

1、本文在落管無容器處理?xiàng)l件下，對(duì)Cu-Sb、Ni-Mo、Co-Sn和Co-Si等四種不同類型合金的快速共晶生長進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，主要取得以下研究結(jié)果： 通過研究Cu-Sb合金的快速凝固過程，揭示了兩種特殊二元共晶的快速生長特征及其組織演變規(guī)律。對(duì)于Cu-31％Sb共晶合金，體積比為1：499的固溶體(Cu)和金屬間化合物Cu3Sb在快速凝固過程中按照離異方式生長。在小過冷條件下，Cu3Sb金屬間化合物領(lǐng)先生長，(Cu)固溶體沿

2、著Cu3Sb相的晶界析出。在深過冷條件下，(Cu)固溶體領(lǐng)先生長，在液滴中形成等軸晶，同時(shí)Cu3Sb金屬間化合物晶粒細(xì)化。由小面相固溶體和金屬間化合物構(gòu)成的Sb-24％Cu二元共晶，隨著過冷度的增大由層片共晶向不規(guī)則共晶轉(zhuǎn)變。在深過冷熔體中，金屬間化合物Cu2Sb是領(lǐng)先形核相，小面相固溶體(Sb)為領(lǐng)先生長相。共生區(qū)成分范圍為23.0～32.7％Cu。 系統(tǒng)研究了由結(jié)晶溫度間隔較窄的非小面相固溶體和金屬間化合物構(gòu)成的Ni-Mo合

3、金的快速凝固過程，探索了二元共晶的競爭形核與快速生長機(jī)制，揭示出Ni-Mo二元共晶的快速凝固組織轉(zhuǎn)變規(guī)律。Ni-47.7％Mo共晶合金的快速凝固組織，隨著過冷度增大，發(fā)生“層片共晶→不規(guī)則共晶→等軸晶”的轉(zhuǎn)變。在過冷熔體中，(Ni)固溶體既是領(lǐng)先形核相又是領(lǐng)先生長相。共生區(qū)成分范圍為45.7～57.1％Mo。Ni-45％Mo亞共晶合金的初生相(Ni)隨著過冷度的增大，發(fā)生“碎斷枝晶→輻射狀粗大枝晶→等軸晶”的組織形貌轉(zhuǎn)變。Ni-50％M

4、o過共晶合金的快速凝固組織隨著過冷度的增大，發(fā)生“初生相+層片共晶→不規(guī)則共晶”的轉(zhuǎn)變。隨著Ni-Mo過冷熔體中Mo含量的增加，(Ni)枝晶的生長速率逐漸減小，在快速生長過程中發(fā)生動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)變所需的過冷度(△Tct)越來越大，不容易實(shí)現(xiàn)(Ni)枝晶無偏析生長。 深入分析了由結(jié)晶溫度間隔較寬的非小面相固溶體和金屬間化合物構(gòu)成的Co-Sn二元共晶的快速凝固組織形貌與過冷度的關(guān)系。Co-34.2％Sn共晶組織隨著過冷度的增大，同樣由層片

5、共晶向不規(guī)則共晶轉(zhuǎn)變。在快速共晶生長過程中，γCo3Sn金屬間化合物領(lǐng)先形核并領(lǐng)先生長。共生區(qū)成分范圍為19.0～39.6％Sn。αCo固溶體和γCo3Sn金屬間化合物的生長始終受溶質(zhì)擴(kuò)散控制。隨著過冷度的增大，Co-30％Sn亞共晶合金的快速凝固組織發(fā)生“αCo枝晶+層片共晶→不規(guī)則共晶”轉(zhuǎn)變。Co-40％Sn過共晶合金的快速凝固組織發(fā)生“γCo3Sn枝晶+層片共晶→不規(guī)則共晶”轉(zhuǎn)變。 通過對(duì)Co-Si合金系中的固溶體+金屬間

6、化合物、金屬間化合物+金屬間化合物兩種不同類型二元共晶的快速生長研究，揭示出四種共晶合金的快速凝固組織均隨著過冷度的增大由層片共晶向不規(guī)則共晶轉(zhuǎn)變。其中，由金屬間化合物構(gòu)成共晶相的Co-23.9％Si和Co-43.5％Si共晶合金在過冷度非常大時(shí)，形成了離異共晶。無論共晶相是固溶體還是金屬間化合物，總是富Co相領(lǐng)先形核。四個(gè)共晶合金的共生區(qū)成分范圍分別為：11.6～12.7％Si、23.6～25.4％Si、40.8～43.8％Si和60

7、.2～81.6％Si。落管無容器處理實(shí)驗(yàn)條件有效抑制了共析轉(zhuǎn)變的發(fā)生，保留了部分未發(fā)生分解的Co3Si金屬間化合物。在深過冷熔體中，四種金屬間化合物Co3Si、Co2Si、CoSi和CoSi2均以非小面相方式生長。 二元共晶合金的快速凝固組織隨著過冷度的增大，由層片共晶向不規(guī)則共晶轉(zhuǎn)變，這一轉(zhuǎn)變是由無容器狀態(tài)產(chǎn)生深過冷引起的，受低重力效應(yīng)的影響不明顯。無論共晶相是固溶體還是金屬間化合物，也不論共晶相是小面生長還是非小面生長，均會(huì)

8、發(fā)生這種轉(zhuǎn)變，它是二元共晶生長的一種普遍規(guī)律。 落管無容器處理實(shí)驗(yàn)條件下，快速凝固過程中優(yōu)先發(fā)生異質(zhì)形核。在落管實(shí)驗(yàn)獲得的過冷度范圍內(nèi)，形核率隨著過冷度的增加越來越大。在深過冷條件下，領(lǐng)先形核相不一定領(lǐng)先生長；當(dāng)領(lǐng)先形核相和領(lǐng)先生長相是同一個(gè)相時(shí)，快速凝固過程中很容易形成離異共晶組織。 不規(guī)則共晶組織的具體形態(tài)與兩個(gè)共晶相的生長方式有關(guān)。當(dāng)兩個(gè)共晶相均是非小面相生長時(shí)，形成均勻彌散的不規(guī)則共晶組織。當(dāng)兩個(gè)共晶相以非小面相