PDF《Al-5Zr 中间合金初生 Al3Zr 相三维形貌》

图5f 中A处 花瓣状 Al3Zr 晶体事实上是临近的多个不同方向上生长的薄片状晶 体相遇的结果. 而图 5f 中B处 搭接式 生长的 Al3Zr 晶体形貌是由二维晶核生长模式和成分过冷共同产生 的. 图7给出了 搭桥式 Al3Zr 晶体生长过程示意图. 首先晶体按照二维晶核方式进行生长,见图 7a 和7b;

而后由于熔体中局部溶质浓度不均匀而导致成分过 冷,晶体在长大过程中界面如有突出生长部分,就必 然伸到过冷度更大的液相中,这些伸入到液相中的晶 柱就会稳定地向前长大,从而破坏了原来平面长大的 条件(图7c) ;

同时,长大着的晶柱的侧面由于释放 出结晶潜热,又会造成局部负的温度梯度,于是晶柱 的侧面上又会长出新的晶柱(图7d) ;

当凝固继续进 行时,这些新的晶柱会继续长大直至相互搭接,见图 7e~7g. 2.3 浇注温度对初生 Al3Zr 相形貌、尺寸及数量的 影响 为了更清晰地描绘浇注温度对初生 Al3Zr 相形貌、 尺寸及数量的影响,图8给出了对应图

3 中薄片状 Al3Zr 相和厚板状 Al3Zr 相尺寸及数量随浇注温度的变 化曲线. 从图

8 中数据变化规律可以看出,薄片状 Al3Zr 相的尺寸及数量随着浇注温度的降低而减小,厚板状 Al3Zr 相的尺寸及数量随着浇注温度的降低而增大, 从 而进一步验证了浇注温度对 Al-5Zr 中间合金中初生 图7 搭桥式 Al3Zr 晶体生长过程示意图 Fig.7 Schematic of the cross-bridge Al3Zr crystal growth process: (a, b) early growth stage and (c~g) the formation process of cross-bridge 图8浇注温度对不同形貌初生 Al3Zr 相尺寸及数量的影响 Fig.8 Effects of pouring temperature on the size and the number of the primary Al3Zr phase with different morphologies: Two-dimensional crystal nucleus Two-dimensional crystal nucleus in the growth process Al or Zr atom Al3Zr crystal a b c d e f g C ・2・ 稀有金属材料与工程 第45 卷(a) thin-flake Al3Zr phase and (b) thick-plate Al3Zr phase Al3Zr 相演化行为的影响. 这种变化可以追溯到 Al-5Zr 中间合金在凝固过程中 Al3Zr 相的形核和长大行为. 由Al-Zr 二元合金相图[12] 可知,Al-5Zr 合金的液相线 温度约为

1120 ℃,固相线温度约为 660.8 ℃,固液 两相区温度间隔为 459.2 ℃.当浇注温度为

1250 ℃ 时,浇注前本实验成分的合金处于液相线温度以上, 此时熔体中已无事先形成的晶核,只有少许近程有序 结构的原子团簇,随后在浇注于铜模后,由于铜模冷 却能力较强,使合金液温度迅速降至液相线以下而产 生了较大过冷度,结果生成了大量的形核核心(Al3Zr 晶体) .与此同时,这些 Al3Zr 晶体进行生长,但生长 过程中它们会沿着一定的择优取向方向(见图 6) .随 着凝固进一步进行,当彼此临近的 Al3Zr 晶体相遇时 将停止生长,于是凝固结束后组织中出现了大量薄片 状的 Al3Zr 晶体(图3a、5a) .当浇注温度为

1050 ℃ 时,浇注前熔体已于熔炼坩埚内缓冷至固液两相区, 相对较低的过冷度下形成了数量较少的 Al3Zr 晶体, 随即这些晶体沿着择优生长方向慢慢长成厚板状;

此 时合金液的成分已低于原始合金成分(5%Zr) ,浇注 于铜模后,由于获得了较大过冷度便在熔体中又会析 出数量较多新的初生 Al3Zr 相(因为液相成分的降低, 导致 Al3Zr 相数量比高温浇注时有所减少) ,随后凝固 过程中这些薄片相和厚板相将一起长大;

但对于厚板 相而言,浇注前已于坩埚内进行了生长,所以凝固结 束后组织中出现了两种不同形貌、尺寸及数量的初生 Al3Zr 相(图3b、5c) .随着浇注温度进一步降低 (950 ℃) ,浇注前合金在两相区内凝固时间延长,........