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过冷Ni-Pb偏晶合金凝固组织及凝固行为

作　者: 郑红星
导　师: 郭学锋
学　校: 西安理工大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 深过冷 Ni-Pb偏晶合金快速凝固组织演化粒化机制凝固行为枝晶生长形核理论
分类号: TG139
类　型: 硕士论文
年　份: 2002年
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内容摘要

采用熔融玻璃净化和循环过热相结合的方法研究Ni-2％Pb单相、Ni-25％Pb亚偏晶、Ni-31.44％Pb偏晶和Ni-40％Pb过偏晶合金的过冷凝固组织演化规律，通过对过冷熔体枝晶生长过程中热力学和动力学的理论计算分析其演化机制，利用经典形核理论和瞬态形核理论预测过冷熔体中相竞争形核规律，分析其凝固行为。结果表明： 1在10～280K过冷范围内，Ni-2％Pb单相合金呈现四类不同的显微组织。△T＜22K时，合金组织为普通树枝晶；22K＜△T＜66K时，合金组织逐渐粒化为第一类粒状晶，粒化机制为枝晶重熔—再结晶机制；88K＜△T＜187K时，合金组织为深过冷树枝晶；△T＞187K时，合金组织骤然粒化为第二类粒状晶，粒化机制为枝晶碎断—再结晶机制。随着熔体过冷度增大，枝晶生长过程由溶质扩散控制逐渐转变为由热扩散控制。 2 △T＜50K时，Ni-31.44％Pb偏晶合金凝固组织为普通树枝晶+枝晶间Pb相；70K＜△T＜232K时，凝固组织为细密枝晶+枝晶臂上细小的Pb颗粒+枝晶间Pb相；△T＞A242K时，凝固组织为过冷粒状晶+均匀弥散分布的细小Pb颗粒+少量尺寸较大的Pb颗粒，粒状晶的粒化机制属于枝晶碎断—再结晶机制。 3 △T＜55K时，Ni-40％Pb过偏晶合金凝固组织由粗大枝晶α+枝晶间Pb相+团块状Pb相。过冷度越大，Pb团分布越均匀，团块越圆整；100K＜△T＜198K时，基体凝固组织由细密枝晶α、枝晶臂上的细小Pb颗粒和枝晶间Pb相组成。且过冷度越大，枝晶臂上Pb颗粒分布越均匀。在此过冷区间，可清楚地观察到试样顶部有L₂液相被“挤出”，挤出相组织由Pb基体+少量破碎枝晶组成；△T=292K时，凝固组织中枝晶发生明显粒化，粒化机制同属枝晶碎断—再结晶机制。凝固组织宏观偏析程度与快速凝固阶段液固相变速率和体系残余液相分数有关。过冷NiP 偏晶合金凝固组织及凝固行为 4用经典形核理论计算形核率结果表明：Ni3．44％Ph偏晶合金在快速凝固阶段本质上首先以枝晶方式生长，形成a枝晶骨架，再辉重熔后分布于枝晶间的残余液相按照正常凝固模式进行分相／偏晶等后续反应。瞬态形核理论计算结果完全支持这一观点；NZ．40％阶过偏晶合金瞬态形核理论计算结果分析表明：在小过冷区间熔体仍有可能首先发生分相，但是，即便首先发生分相反应，因分相而引起熔体过冷度的波动不大，分相后a枝晶在过冷态下快速生长；而在大过冷区间快速凝固阶段不发生分相反应，完全按照单相合金凝固模式进行。

全文目录

中文摘要  2-4
英文摘要  4-9
第一章文献评述  9-22
  1．1 偏晶合金的平衡凝固  9-10
    1．1．1 偏晶反应  9-10
    1．1．2 偏晶合金的形核特点  10
  1．2 快速凝固理论研究现状  10-12
  1．3 过冷熔体中枝晶生长理论模型  12-17
    1．3．1 Ivantsov稳态扩散解  12-14
    1．3．2 LGK模型  14-15
    1．3．3 LKT模型  15
    1．3．4 BCT-TLK模型  15-17
    1．3．5 枝晶生长理论的实验验证  17
  1．4 偏晶合金非平衡凝固研究现状  17-21
    1．4．1 偏晶合金的相分离机制研究内容及方法  17-19
    1．4．2 偏晶合金的制备方法  19-21
  1．5 结束语  21-22
第二章研究内容及方法  22-26
  2．1 合金的选定  22
  2．2 研究内容  22-23
  2．3 实验材料、设备、方法  23-24
    2．3．1 实验材料  23
    2．3．2 实验设备  23-24
    2．3．3 实验方法  24
  2．4 分析测试方法  24
  2．5 技术路线  24-26
第三章过冷Ni-Pb偏晶合金凝固组织演化规律  26-33
  3．1 Ni-2％Pb单相合金  26-27
  3．2 Ni-31．44％Pb偏晶合金  27-29
  3．3 Ni-25％Pb亚偏晶合金  29-30
  3．4 Ni-40％Pb过偏晶合金  30-32
  3．5 结论  32-33
第四章过冷Ni-Pb偏晶合金凝固组织演化机制  33-45
  4．1 枝晶生长热力学模型  33-34
  4．2 枝晶生长动力学模型  34-35
  4．3 过冷NiPb偏晶合金熔体凝固组织演化机制  35-44
    4．3．1 Ni-2％Pb单相合金  36-40
    4．3．2 Ni-31．44％Pb偏晶合金  40-42
    4．3．3 Ni-25％Pb亚偏晶合金  42-43
    4．3．4 Ni-40％Pb过偏晶合金  43-44
  4．4 结论  44
  后记  44-45
第五章过冷Ni-Pb偏晶合金凝固行为  45-55
  5．1 合金熔体的冷却曲线  45-46
  5．2 过冷合金熔体快速凝固  46-47
    5．2．1 Ni-31．44％Pb偏晶合金凝固组织  46
    5．2．2 Ni-40％Pb过偏晶合金凝固组织  46-47
    5．2．3 过冷偏晶合金快速凝固机制  47
  5．3 偏晶合金亚稳相图  47-49
    5．3．1 偏晶合金亚稳相图及其亚稳延伸区  47-48
    5．3．2 稳定相和亚稳相的界定  48-49
    5．3．3 回归相图计算  49
  5．4 经典形核理论  49-51
  5．5 瞬态形核理论  51-54
  5．6 结论  54-55
第六章结论  55-57
参考文献  57-63
附录Ⅰ 二元Ni-Pb偏晶合金相图理论计算  63-65
附录Ⅱ 符号表  65-66
致谢  66-67
攻读硕士学位期间发表的学术论文  67

过冷Ni-Pb偏晶合金凝固组织及凝固行为

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