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过冷Ni-Pb偏晶合金凝固组织及凝固行为

郑红星  
【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L_2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。


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