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空间模拟条件下共晶和偏晶合金的快速凝固

作　者: 刘向荣
导　师: 魏炳波
学　校: 西北工业大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 落管无容器处理快速凝固深过冷共生区共晶合金偏晶合金
分类号: TG111.4
类　型: 博士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

本文采用落管无容器处理实验方法模拟空间环境,对Co-Ge和Al-Ge共晶合金系以及Fe-Sn和Cu-Pb偏晶合金系进行了快速凝固研究。主要取得以下研究成果: 通过研究Co-29.7%Ge共晶和Co-33%Ge过共晶合金的快速凝固过程,揭示了共晶和枝晶快速生长的特征及其组织演变规律。随着过冷度的增大,Co-29.7%Ge共晶组织发生“层片共晶→不规则共晶”的转变。Co-33%Ge过共晶合金中初生β-Co₅Ge₃相的快速凝固组织从柱状枝晶转变为等轴枝晶。当ΔT<172 K时,β-Co_sGe₃枝晶的生长主要受溶质扩散控制:一旦ΔT>172K,发生溶质扩散控制向热扩散控制生长的转变。计算确定出共生区的成分范围为25.7～31.4%Ge,温度范围为1381～1158K。深入分析了Al-45%Ge亚共晶和Al-51.6%Ge共晶的快速生长形态转变规律及其与过冷度的关系。对于Al-51.6%Ge共晶合金,随过冷度的增大,组织形态由层片共晶向不规则共晶转变。形成不规则共晶的临界过冷度为101K,这与共生区的下限过冷度相一致。Al-45%Ge亚共晶合金中初生（Al）相由柱状枝晶向等轴枝晶转变,其生长始终受溶质扩散控制。共生区成分范围为48～59%Ge,温度范围为693～583K,偏向富Ge一侧。系统研究了Fe-Sn偏晶合金系中六种不同成分合金的无容器快速凝固过程,揭示出其组织形态转变规律和相分离机制。Fe-48.8%Sn偏晶合金在过冷度较小时,凝固组织由α-Fe相和富Sn相形成的纤维状两相共生组织和富Sn相颗粒分布在α-Fe基底上形成的组织共同构成。在过冷度较大时,凝固组织全部为富Sn相的颗粒状组织均匀弥散分布在α-Fe基底上。在过冷度中等时,形成完全呈共生生长的凝固组织。Fe-15.6%Sn和Fe-40%Sn亚偏晶合金的凝固过程同亚共晶合金类似,主要以枝晶生长为主,枝晶组织随着过冷度的增大显著细化。Fe-58%Sn和Fe-85.1%Sn过偏晶合金的凝固组织表现为柱状α-Fe枝晶和球形颗粒状组织分布在富Sn相基底上。α-Fe枝晶随过冷度的增大碎断细化。不混溶间隙最高点成分Fe-68%Sn过偏晶合金的微观形貌呈现出两层和三层的壳核组织。对Cu-10%Pb亚偏晶、Cu-37.4%Pb偏晶和不混溶间隙最高点成分Cu-64%Pb过偏晶合金的快速凝固组织进行了研究。结果表明,Cu-10%Pb亚偏晶合金

全文目录

第一章文献综述  12-28
  1.1 引言  12
  1.2 液态金属的深过冷与快速凝固  12-18
    1.2.1 深过冷的意义和快速凝固特征  12-14
    1.2.2 空间环境中金属的深过冷与快速凝固  14-15
    1.2.3 空间快速凝固地面模拟实验技术  15-18
  1.3 二元共晶合金的深过冷与快速凝固研究  18-21
    1.3.1 快速枝晶生长  18-19
    1.3.2 快速共晶生长  19-21
  1.4 偏晶合金的深过冷与快速凝固  21-23
    1.4.1 偏晶转变的特点  21-22
    1.4.2 偏晶合金的深过冷与快速凝固  22-23
  1.5 本文的研究目标及课题来源  23
  参考文献  23-28
第二章研究方案与实验装置  28-33
  2.1 研究对象  28-30
  2.2 研究方案  30-32
    2.2.1 实验装置及实验方法  30-32
    2.2.2 凝固组织分析  32
  2.3 本章小结  32
  参考文献  32-33
第三章落管中Co-Ge共晶合金的快速凝固及组织演变规律  33-48
  3.1 引言  33-34
  3.2 合金成分的选择  34-35
  3.3 Co-29.7％Ge共晶合金的无容器快速凝固  35-42
    3.3.1 快速凝固组织演变  35-36
    3.3.2 共晶共生区的确定  36-38
    3.3.3 过冷度和冷却速率的计算  38-42
  3.4 Co-33％Ge过共晶合金的无容器快速凝固  42-45
    3.4.1 快速凝固组织演变  42-43
    3.4.2 过冷度和冷却速率的计算  43-44
    3.4.3 快速枝晶生长动力学分析  44-45
  3.5 本章小结  45-46
  参考文献  46-48
第四章无容器条件下Al-Ge二元共晶的快速生长  48-61
  4.1 引言  48-49
  4.2 合金成分的选择  49-50
  4.3 Al-45％Ge亚共晶的无容器快速生长  50-53
    4.3.1 快速生长组织演变  50-51
    4.3.2 液滴过冷度的计算  51
    4.3.3 快速枝晶生长动力学分析  51-53
  4.4 Al-51.6％Ge共晶合金的无容器快速凝固  53-59
    4.4.1 快速共晶生长形态转变  53-55
    4.4.2 快速生长过程的过冷度和冷却速率  55-56
    4.4.3 共晶共生区的计算  56-59
  4.5 本章小结  59
  参考文献  59-61
第五章 Fe-Sn偏晶合金快速凝固研究  61-81
  5.1 引言  61-62
  5.2 合金成分的选择  62-63
  5.3 偏晶合金Fe-48.8％Sn的快速凝固  63-68
    5.3.1 微观形貌演变规律  63-65
    5.3.2 偏晶合金液滴过冷度和冷却速率的计算  65
    5.3.3 形核率的计算  65-66
    5.3.4 微重力条件下的Marangoni对流  66-68
  5.4 亚偏晶合金Fe-15.6％Sn和Fe-40％Sn的快速凝固  68-72
    5.4.1 快速凝固组织形貌  68-70
    5.4.2 亚偏晶合金液滴过冷度和冷却速率的计算  70-71
    5.4.3 枝晶生长动力学  71-72
  5.5 过偏晶合金Fe-58％Sn和Fe-85.1％Sn的快速凝固  72-75
    5.5.1 过偏晶合金液滴过冷度和冷却速率  72-73
    5.5.2 组织形态转变  73-75
  5.6 过偏晶合金Fe-68％Sn中壳核组织的探讨  75-78
    5.6.1 微观组织特征  75-77
    5.6.2 微重力条件下的Marangoni迁移  77
    5.6.3 液滴过冷度和冷却速率的计算  77-78
  5.7 本章小结  78-79
  参考文献  79-81
第六章 Cu-Pb偏晶合金的无容器快速凝固  81-96
  6.1 引言  81-82
  6.2 合金成分的选择  82
  6.3 三种所选合金过冷度和冷却速率的计算  82-84
  6.4 Cu-10％Pb亚偏晶的无容器快速生长  84-87
    6.4.1 组织形态转变  84-86
    6.4.2 快速枝晶生长的动力学特征  86-87
  6.5 Cu-37.4％Pb偏晶的无容器快速生长  87-91
    6.5.1 偏晶的组织形貌和生长机制  87-89
    6.5.2 形核率的计算  89-91
  6.6 Cu-64％Pb过偏晶中壳核组织的探讨  91-93
    6.6.1 微观形貌特征  91-92
    6.6.2 微重力条件下的Marangoni迁移  92-93
  6.7 本章小结  93-94
  参考文献  94-96
第七章结论  96-98
致谢  98-99
攻读博士学位期间发表的论文  99-100
作者简历  100-101
西北工业大学学位论文知识产权声明书  101
西北工业大学学位论文原创性声明  101

空间模拟条件下共晶和偏晶合金的快速凝固

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