PDF《急冷快速凝固过程中液相流动与组织 形成的相关规律 ！》

急冷快速凝固过程中液相流动与组织 形成的相关规律! 徐锦锋 魏炳波 (西北工业大学应用物理系, 西安 !"##!$) ($##% 年"月&" 日收到;

$##% 年&月"' 日收到修改稿) 研究了 ()*+,-.

/01 过偏晶合金的急冷快速凝固和组织形成特征2 实验发现,()*01 过偏晶合金的急冷快速凝 固组织由规则排布的纤维状! *01 相和分布其间的" *() 相及少量金属间化合物相组成, ! *01 相的几何排列方向与 合金条带表面成 #―"+3的夹角2 根据急冷条件下金属熔体的热传导方程和 4567)8*0.9:);

方程,对过偏晶合金的凝 固行为和组织形成过程进行了理论分析,揭示出熔体内部的动量传输对过偏晶合金的液相分离行为具有显著的 影响2 两相分离发生于液池底部约 $## # < 的急冷区内,分离的 =$ 液滴在辊面驱动的剪应力作用下发生变形,通过 碰撞聚合或搭接凝并,最后凝固成纤维状组织2 由于冷却速率大,较高温度下发生的包晶转变受到抑制,从而使 部分亚稳相一直保留到室温,形成与平衡组织不同的相结构2 关键词:液态,相分离,液相流动,快速凝固,晶体生长 A ! 国家自然科学基金 (批准号: +#&B+"#+ 和 和霍英东教育基金 (批准号: !"#%%) 资助的课题2 "C 引言合金熔体快速凝固过程中组织形成规律的研究 一直是凝聚态物理和材料科学共同关注的重要研究 课题之一 ["―,] .单辊技术可使液态金属获得较大的 冷却速率, 实现瞬间形核、 生长, 从而获得无偏析的 凝固组织2 由于通过实验直接测定冷却速率往往存 在一定的难度, 许多研究者 [B―"+] 对金属熔体急冷快 速凝固过程的各种物理参量如温度场、 速度场和冷 却速率等进行了数值计算, 获得了一些重要的研究 结果2但其研究内容主要是针对非晶合金和纯金属 而展开的.对于急冷条件下过偏晶合金的快速凝固 行为的研究却很有限2 本文在实验观察和分析的基础上, 将热传导方 程、 连续性方程和 4567)8*0.9:);

方程相耦合并引入 动力学黏度系数、 结晶潜热、 压力和辊轮速度等参 数, 对单辊法制备 () D +,-./

01 过偏晶合金的传热 与熔体流动进行了理论分析2 通过求解合金条带的 冷却速率、 流体速度矢量场和剪应力等参量, 探讨了 各物理量与过偏晶合金凝固组织之间的内在联系, 揭示出急冷 ()*+,/01 过偏晶合金条带中纤维状组 织的形成机制2 $2实验方法 ()*+,-./01 过偏晶合金用高纯 () (BB2BB/) 和01 (BB2BBB/) 在超高真空电弧炉中熔配而成2 样品 约"2 #E2 实验过程中, 把样品放入底部开有 $#2 '― "2+ 时, ! 3#$ 相与富 9: 的?- 相发 生包晶反应, 即! 3#9:' / 由于包晶点的成 分为 !;

/)=9:, 故包晶反应之后 ?- 相稍有剩余, 约为@/;

= / 随后, 由于 ?- 相溶解度曲线变陡, #$! 9:' 相成分几乎保持恒定, 因而两相体积分数变化不大/ 温度再降至 )*AC 时, 发生 #$! 9:9:- 的 包晶反应, 此时 #$! 9:' 相稍有剩余, 而?- 相已消耗 完毕/温度进一步降至 )*' 期 徐锦锋等: 急冷快速凝固过程中液相流动与组织形成的相关规律