论文部分内容阅读
深过冷技术通过消除熔体内易十形核的异质核心,可以使命属在低冷速条件下获得比较大的过冷度,同时可以使金属的凝固特性和组织具备不同于平衡条件的凝固特征。本文分别采用熔融玻璃净化及电磁悬浮熔炼两种不同的深过冷技术对纯金属Bi、Ni-21.4at%Si共晶合金和Si-20at%Ni合金试样进行研究,具体分析了实验金属及合金的凝固特性及不同过冷度下凝固组织的演化规律,并取得了以下研究成果：通过对净化剂的组成成分进行改进,得到了直径5mm的102K的大过冷度金属铋试样。金属铋的再辉时间随过冷度的增加先增大后减小,再辉速度则随过冷度的增加逐渐增大,(ΔT-ATr)的差值随试样质量的增加逐渐减小,体现出过冷度对晶体形核和生长的决定影响。金属铋的凝固试样的生长形貌因过冷度区间不同而发生变化：其凝固组织由低过冷度区间的层状晶粒形貌经中间过冷度区间的枝晶形貌逐渐演变为高过冷度区间的等轴晶粒形貌。通过对比分析中过冷度区间内铋的枝晶形貌发现,随着形核过冷度的增加,金属铋枝晶的一次枝晶臂变的瘦长。采用熔融玻璃净化加循环过热的方法,使质量约6g的Ni-21.4at%Si共晶合金获得了318 K的大过冷度。理论计算表明,此过冷度达到了Ni-21.4at%Si合金的均质形核过冷度。Ni-21.4at%Si共晶合金的凝固组织与过冷度有关：当过冷度小于250 K时,冷却曲线有两个再辉峰,其中当过冷度小于193 K时,凝固组织为Ni3Si相和非规则共晶,当过冷度大于193 K时,凝固组织为α-Ni相和非-规则共晶；过冷度大于250K后,冷却曲线只有一个再辉峰,凝固组织为完全的非规则共晶。采用电磁悬浮熔炼法,确定Si-20at%Ni合金试样液相的光谱发射率为0.177。利用高速摄影仪观察Si-20at%Ni合金试样凝固过程中结晶相的形貌发现：随形核过冷度的增加,结晶相由细条状逐渐过渡为树枝状。通过研究Si-20at%Ni合金试样在不同形核过冷度下凝固后的表面组织形貌得知：在小过冷度下是具有明显棱面的层状晶粒形貌,中等过冷度下是棱角分明晶粒和典型小平面枝晶的混合形貌,大过冷度下是具有平滑凸起的细小晶粒形貌。