定向凝固NiAl-V系共晶合金初始过渡区组织演化及相选择

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材料的性能和组织是密切相关的,而初始非稳态的凝固过程在很大因素上决定着组织的最终凝固形态。因此,对初始过渡区内组织演变存在研究的意义。本文以定向凝固NiAl-V系共晶合金为研究对象,通过控制抽拉速率来研究初始过渡区内组织形态的转变,以及对稳态区内组织生长的影响。同时,通过计算初生相与共晶组织的界面生长温度,研究了二者之间的竞争生长机制。本文利用高温度梯度定向凝固装置制备了NiAl-32V亚共晶合金、NiAl-39V共晶合金、NiAl-43V过共晶合金。分别研究了抽拉速率对三种成分合金凝固过程中的组织演变,以及初生相和共晶组织的竞争生长关系。得到的主要结论如下:NiAl-32V亚共晶合金的初始过渡区在实验抽拉速率条件下(ν=6150μm/s)均为两个阶段。即第一阶段组织为胞状初生βNiAl+(α+β)共晶,随着凝固距离的增加,向第二阶段枝晶状初生βNiAl+(α+β)转变。而在稳态区内均表现为初生βNiAl相先于共晶组织生长,并随着生长速率的增加,枝晶逐渐细密。固液界面经历了胞枝、枝的变化;NiAl-39V共晶合金在低速生长速率条件下(ν=6μm/s),其组织以短程有序的层片共晶形式存在,在生长速率为ν=10150μm/s条件下,组织以共晶胞形式存在,并随着生长速率的增加,共晶胞数量增加,胞的平均直径减小,片层间距减小。固液界面经历了平、胞的变化;NiAl-43V过共晶合金的初始过渡区会经历阶段的演化,即低速抽拉速率(ν=26μm/s),初始过渡区由胞状初生αV+(α+β)共晶、枝晶αV+(α+β)共晶两个阶段组成。中速抽拉速率下(ν=1060μm/s)由条状初生αV相、胞状初生αV+(α+β)共晶、枝晶αV+(α+β)共晶三个阶段组成。高速抽拉速率下(ν=90150μm/s)条状初生αV逐渐消失,演变为中速的后两个阶段。在稳态区内均表现为αV相先于共晶组织生长,并随生长速率的增加,初生αV枝晶逐渐细密。固液界面经历了胞枝、枝的变化。同时,通过B-H理论模型得到对称型NiAl-V系合金的共晶耦合生长区,本文以NiAl-35V和NiAl-43V为验证对象,发现NiAl-35V和NiAl-43V合金分别在生长速率为4μm/s和2μm/s时的凝固起始阶段存在着初生相与共晶的竞争生长,直到生长距离为32 mm和37 mm处初生相消失,只存在耦合共生的共晶组织。实验结果与理论计算值吻合较好。
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