PDF《微重力下 Fe-Al-Nb 合金液滴的快速凝固机理及其对显微硬度...》

V 为合金液滴 的体积;

I = I0・exp ( ? 16πσ3 SLT2 L 3?H2?T2kT ・f(θ) ) ・exp ( ? Q RT ) 为合金熔体的形核率, I0 为形核因子, σSL 为液固 界面能, ?H 为结晶潜热, Q 为扩散激活能, θ 为润 湿角, f(θ) = (2 + cos θ)(1 ? cos θ)2 /4 为异质形核 因子. 由(6)―(8) 式可求得不同直径合金液滴的过 冷度. 图2不同直径合金液滴的 Nu 数和 Re 数Fig. 2. Nusselt number and Reynolds number of the alloy droplets. 106401-3 物理学报Acta Phys. Sin. Vol. 66, No.

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106401 图3为合金液滴的冷却速率和过冷度随液滴直径的变化, 可以看出, 当液滴直径从1000 ?m 减小到

40 ?m 时, 相对应的冷却速率由 1.23 *

103 K・s?1 增大至 5.53 *

105 K・s?1 , 过冷度 从50 K 增加到

216 K. 由于随着液滴直径的减小, 液滴越容易与气体通过对流换热与外界进行热交 换, 从而获得越大的冷却速率;

再者, 直径越小的合 金液滴内部异质晶核的数量随之减少, 因而越容易 获得更大的过冷. 图3不同直径合金液滴的过冷度和冷却速率 Fig. 3. Undercoolings and cooling rates of the alloy droplets. 3.3 落管条件下合金液滴的快速凝固组织 演变规律 采用落管无容器处理技术实现了三元Fe67.5Al22.8Nb9.7 合金液滴的深过冷与快速凝固, 不同直径的合金液滴凝固组织形貌如图

4 所示. 实验获得的合金液滴凝固组织均由初生 Nb(Fe, Al)2 相和 Nb(Fe, Al)2 + (αFe) 共晶组成. 落管条 件下形成的合金液滴尺寸较小, 则可以忽略其 内部冷却速率的差异, 同时合金液滴又受到微 重力的作用, 因而使得形成的初生 Nb(Fe, Al)2 相 分布较为均匀. 图4(a) 和图

4 (d) 分别是直径为

1000 ?m 和60 ?m 的合金液滴凝固组织的宏观形 貌, 图4(b) 和图

4 (e) 分别为图

4 (a) 和图

4 (d) 中初 生Nb(Fe, Al)2 相的局部放大. 可以看出, 当直径 D =

1000 ?m 时, 初生 Nb(Fe, Al)2 枝晶尺寸较大. 随着液滴直径的减小, 初生 Nb(Fe, Al)2 相由树枝 晶转变为尺寸较小的等轴晶, 且初生相数目也逐 渐减少, 在直径 D =

60 ?m 的合金液滴中, 初生 Nb(Fe, Al)2 相以等轴晶的方式生长且随机分布在 凝固组织中. 这是由于随着液滴直径的减小, 合金 熔体获得的过冷度也越大, 初生 Nb(Fe, Al)2 相以 更快的速度生长, 同时大量结晶潜........