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多元Ni基合金的深过冷与快速枝晶生长研究

宋贤征  
【摘要】:多元合金的深过冷与快速枝晶生长是材料科学领域的重要研究课题。本文比较系统地研究了多元Ni基合金的深过冷行为与快速枝晶生长规律,主要取得了以下几个方面的研究结果: 采用电磁悬浮技术和熔融玻璃净化技术实现了Ni-10%Cu-10%Si三元合金,Ni-10%Cu-10%Co-10%Fe、Ni-40%Cu-10%Co-10%Fe与Ni-5%Cu-5%Co-5%Si四元合金的深过冷,最大过冷度分别达到236K(0.17T_L)、276K(0.16T_L)、296K(0.18T_L)和312K(0.19T_L)。同时对不同过冷度条件下的四种合金中α-Ni枝晶的生长速度进行了定量测定。 对Ni-10%Cu-10%Si合金中的初生相α-Ni的枝晶生长速度测定结果表明,其随过冷度的变化关系为:V=1.6×10~(-13)×△T~(5.7)。通过与Ni-10%Cu、Ni-20%Cu以及Ni-10%Si枝晶生长速度计算结果对比分析发现,在实验覆盖的过冷度范围内,α-Ni枝晶始终是溶质扩散控制生长,其中溶质Si的扩散对α-Ni枝晶的生长速度影响较大,溶质Cu的影响较小。 对Ni-10%Cu-10%Co-10%Fe与Ni-40%Cu-10%Co-10%Fe两利合金中的α-Ni枝晶生长速度测定结果表明,其与过冷度之间分别存在幂函数关系:V=8x10~(-2)×△T~(1.2)和V=1.4×10~(-3)×△T~(1.8)。相同的过冷度下,Ni-40%Cu-10%Co-10%Fe合金与Ni-10%Cu-10%Co-10%Fe合金相比其α-Ni枝晶生长速度显著降低。 对Ni-5%Cu-5%Co-5%Si合金中的α-Ni枝晶生长速度测定结果表明,α-Ni枝晶生长速度随过冷度的增加而增大,当过冷度较小时,增加得较快,随着过冷度的增大,枝晶生长速度增加的趋势减缓。α-Ni枝晶生长过程中,溶质Si的影响较大,而溶质Fe和溶质Co的影响较小。。 Ni-10%Cu-10%Co-10%Fe合金中,随过冷度的增加,Cu、Fe和Co三种溶质的截留效应显著增强。当△T=200K时,Cu和Fe发生完全的溶质截留。在α-Ni等轴晶粒内部,三种溶质沿径向分布比较均匀,没有形成明显的微观偏析。对电磁悬浮条件下的Ni-10%Cu-10%Co-10%Fe与Ni-40%Cu-10%Co-10%Fe两种合金中的形核机制的分析表明,在实验达到的最大过冷度条件下两种合金仍然发生异质形核。


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