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生长速度和合金元素对Al-Fe合金凝固过程的影响

作　者: 谢尧
导　师: 李荣德；周振平
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: Al-Fe合金生长速度合金元素定向凝固显微组织
分类号: TG146.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

Al-Fe合金是一种新型的轻质耐热合金。普通熔铸Al-Fe合金中存在粗大针状和针片状Al₃Fe化合物,割裂基体,极大地降低了合金强度,限制了合金应用。细化组织是提高合金性能最直接最有效的手段,但到目前为止,Al-Fe合金的许多凝固学问题还不甚了解,组织细化有很大困难。为了搞清Al-Fe合金的某些凝固学问题,本文利用定向凝固技术,研究了生长速度对共晶Al-Fe合金,过共晶Al-5%Fe合金,Al-5%Fe-2%Cr和Al-5%Fe-3%RE合金影响,并对合金元素对Al_Fe化合物的作用机理进行了探讨。定向凝固温度梯度为75℃/cm时,随着生长速度的增加,共晶Al-Fe合金中共晶Al₃Fe相形态将发生由片状向针片状和针状的转变,同时共晶相细化,共晶片间距尺寸变小。当生长速度V=61.73μm/s稳定生长时,α-Al相主要沿（111）和（220）晶面生长,当生长速度增大到V=103.41μm/s时α-Al相沿（200）晶面生长。生长速度的增加导致固液前沿过冷度增加,从而使固液界面宏观形貌由平面型向胞状型转变。对于过共晶Al-5%Fe合金,随着生长速度的增加,初生Al₃Fe相的形态经历了由粗大板片状→厚片状→薄片状→分枝片状这一变化过程,同时初生Al₃Fe相片层间距减小。大量初生Al₃Fe相的存在造成共晶Al₃Fe相和α-Al相离异生长,随着生长速度的增加,共晶组织由片状转变成针状。相同生长速度下,加入合金元素Cr后,Cr主要固溶在初生Al₃Fe化合物内,通过原子占位抑制初生Al₃Fe化合物的择优生长,使初生Al₃Fe相形态由粗大板片状、厚片状、薄片状和分枝片状变成块状、片状和圆饼状,初生相明显细化。加入RE后,一方面净化了合金液,阻碍了初生Al₃Fe相的聚集长大;另一方面RE元素为表面活性元素,易于填补在正在生长着的初生富铁相表面的缺陷中,使初生Al₃Fe相组织细化和表面变的光滑,同时共晶Al₃Fe相由片状变成针棒状,宏观上针棒状的共晶Al₃Fe相连接呈网状。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-27
  1.1 定向凝固概述  10-13
    1.1.1 定向凝固技术的发展  11
    1.1.2 定向凝固研究的进展  11-12
    1.1.3 定向凝固的应用及前景展望  12-13
  1.2 定向凝固合金的界面形态及稳定性  13-19
    1.2.1 成份过冷理论  13-14
    1.2.2 界面稳定性动力学理论  14-16
    1.2.3 温度梯度对界面稳定性的影响  16-17
    1.2.4 浓度梯度对界面稳定性的影响  17-18
    1.2.5 界面能对界面稳定性的影响  18-19
  1.3 Al-Fe合金国内外研究概况  19-25
    1.3.1 Al-Fe合金  19-20
    1.3.2 Al-Fe合金凝固特性的研究  20-22
    1.3.3 Al-Fe合金制备技术  22-25
  1.4 Al-Fe合金研究的目的和意义  25-26
  1.5 课题研究内容  26-27
第二章试验材料、设备及试验方法  27-35
  2.1 试验材料  27
  2.2 试验设备  27-33
    2.2.1 熔炼设备  27
    2.2.2 定向凝固设备  27-33
  2.3 试验方法  33-35
    2.3.1 合金的熔炼  33-34
    2.3.2 定向凝固试验  34
    2.3.3 显微组织观察  34
    2.3.4 X射线衍射物相分析  34-35
第三章共晶Al-Fe合金的凝固  35-44
  3.1 共晶Al_3Fe相的生长  35-42
    3.1.1 生长速度对共晶Al_3Fe相形貌的影响  35-38
    3.1.2 生长速度对固液界面宏观形貌的影响  38
    3.1.3 生长速度对α-Al相和共晶Al_3Fe相晶体取向的影响  38-40
    3.1.4 不同形貌含铁共晶相的成因  40-42
  3.2 本章小结  42-44
第四章过共晶Al-Fe合金的凝固  44-64
  4.1 二元过共晶Al-Fe合金的凝固  44-50
    4.1.1 初生Al_3Fe相的形态  44-47
    4.1.2 初生Al_3Fe相对共晶Al_3Fe相生长的影响  47-48
    4.1.3 分枝片状初生Al_3Fe相的生长  48-50
  4.2 合金元素Cr对过共晶Al-Fe合金的影响  50-58
    4.2.1 Cr对初生Al_3Fe相生长的影响  50-54
    4.2.2 不同形貌初生相的成分分析  54-57
    4.2.3 不同形貌含铁初生相形成原因分析  57-58
  4.3 稀土元素RE对过共晶Al-Fe合金的影响  58-63
    4.3.1 RE对初生Al_3Fe相生长的影响  58-61
    4.3.2 不同形貌含铁初生相形成原因分析  61-63
  4.4 本章小结  63-64
第五章结论  64-65
第六章创新点  65-66
参考文献  66-69
在学研究成果  69-70
致谢  70

生长速度和合金元素对Al-Fe合金凝固过程的影响

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