快速冷却条件下难混溶合金凝固组织形成机理

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	快速冷却条件下难混溶合金凝固组织形成机理
	何杰
学位类型	博士
导师	赵九洲
	2006-06-17
学位授予单位	中国科学院金属研究所
学位授予地点	金属研究所
学位专业	材料加工工程
关键词	难混溶合金快速冷却亚稳液-液相变凝固界面组织演变模拟
摘要	难混溶合金是一类具有良好性能的材料，在机械、汽车、航空、电子等领域具有广阔的应用前景。由于该类合金特殊的冶金学特点，在通常凝固条件下，很难制备出具有理想组织的难混溶合金，其应用受到了很大的限制。开展难混溶合金凝固过程研究，对优化设计合金成分和控制加工工艺，以制备理想的合金材料具有十分重要的意义。本研究以揭示快速冷却条件下难混溶合金凝固组织形成机理为核心，开展了以下工作。建立了能描述难混溶合金凝固过程中，在少量相液滴形核、扩散长大、Stokes运动、Marangoni迁移、少量相液滴与固/液界面间相互作用等共同影响下组织演变的数学模型。模拟计算了Cu-Fe亚稳态难混溶合金液-液相变动力学过程，开展了Cu-Fe合金气体雾化实验。模拟计算与实验相结合，揭示具有亚稳液态组元不混溶区域的合金在液-液相变过程中组织形成的机制。研究表明，雾化粉末壳型组织的形成是少量相液滴Marangoni迁移和液滴与凝固界面相互排斥共同作用的结果。研制了一台可对合金熔体施加恒定磁场的快速定向凝固装置，开展了Al-Bi二元难混溶合金凝固实验。考察了合金成分、凝固速度、磁场强度对凝固组织的影响。利用所建立的动力学模型，模拟计算了快速定向凝固过程中难混溶合金组织形成过程。从理论上分析了恒定磁场对液-液相变过程中少量相液滴形核和运动的影响。结果表明，磁场有助于增大合金熔体的有效粘度，减弱流体流动、降低少量相液滴的运动速度和碰撞凝并概率；基体液相的有效粘度随着少量相液滴尺寸的增大而增大。开展了Al-Bi-Si和Al-Bi-Cu三元难混溶合金快速定向凝固研究。探索了第三组元Si和Cu及其含量对Al-Bi合金凝固组织的影响。结果表明，加入第三组元Si或Cu后，凝固组织中富Bi粒子尺寸增大；富Bi相粗化程度随着第三组元加入量的增大而增大。比较相同组元质量百分含量的Al-Bi-Si和Al-Bi-Cu合金组织发现，含Si合金中富Bi粒子平均尺寸较大、数量密度较小，表明Si比Cu元素更易使富Bi相产生偏析。研究了凝固界面对难混溶合金凝固组织演变的影响，建立了液滴与平直凝固界面相互作用行为的动力学模型。分析了不同形态（平直，包状，枝晶和等轴晶）固/液界面与少量相液滴相互作用方式（排斥，吞并和捕获）。发现当凝固界面形态为包状时，富Bi液滴被捕获在包状晶间，形成富Bi粒子呈串状分布的组织。以2mm/s速度定向凝固Al-Bi-Si或Al-Bi-Cu合金时，具有临界尺寸（直径为50~60μm）的富Bi液滴与枝晶凝固界面相互作用，先发生部分捕获，随后短暂排斥迁移，最后完全吞并，凝固后富Bi粒子下方存在非规则的富Bi相纤维；尺寸较小的富Bi液滴被枝晶臂捕获，最终分布在晶界和三叉晶界交处。
页数	133
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16955
专题	中国科学院金属研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	何杰. 快速冷却条件下难混溶合金凝固组织形成机理[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所,2006.