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空间模拟条件下共晶和偏晶合金的快速凝固

刘向荣  
【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-Co_5Ge_3相的快速凝固组织从柱状枝晶转变为等轴枝晶。当ΔT172 K时,β-Co_sGe_3枝晶的生长主要受溶质扩散控制:一旦ΔT172K,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


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