Fe-Ni包晶合金定向凝固過程中的包晶反應(yīng)及三維組織分析.pdf

1、包晶合金的凝固是目前凝固領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一，隨著新材料的不斷開發(fā)和應(yīng)用，很多具有重要應(yīng)用前景的材料制備過程都涉及到包晶反應(yīng)，例如，高溫金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料 Ti-Al、Ni-Al、Fe-Al合金，稀土永磁材料Nd-Fe-B和Co-Sm-Al合金，高溫超導(dǎo)材料 Y/Nb-Ba-Cu-O等。在過去的幾十年里，人們對包晶合金的凝固行為進(jìn)行了大量的研究，發(fā)現(xiàn)了許多新型的組織，也取得了許多重要的成果，但要盡快推進(jìn)包晶合金在工程上的應(yīng)用，還需要對包

2、晶合金的凝固過程進(jìn)行更深入的研究。
　　在課題組對 Fe-Ni包晶合金研究的基礎(chǔ)上，本文選擇Fe-4.1Ni和Fe-4.4Ni兩種合金成分，通過感應(yīng)加熱方式對其進(jìn)行了系統(tǒng)的定向凝固實驗，研究了定向凝固過程中的組織演化。通過較為系統(tǒng)的定向凝固試驗得到了豐富的組織：帶狀組織、混合帶狀組織、島狀組織、等溫共生生長、胞狀共生生長，并與電阻加熱試驗結(jié)果進(jìn)行了對比分析，豐富了Fe-Ni包晶合金定向凝固理論。發(fā)現(xiàn)即使是在對流現(xiàn)象嚴(yán)重存在的情況下

3、，包晶反應(yīng)仍然存在并對組織形成具有重要的影響，總結(jié)了與電阻加熱定向凝固過程中包晶反應(yīng)的異同點(diǎn)。
　　此外，本文利用連續(xù)切片技術(shù)對定向凝固過程中得到的幾種典型組織：胞狀共生生長、島狀組織、枝晶島狀組織，進(jìn)行了三維重構(gòu)，得到了精確的三維空間形態(tài)，并在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)分析了包晶反應(yīng)對組織形成的影響，避免了二維分析可能帶來的誤差。同時，利用三維重構(gòu)方法再現(xiàn)了單胞端部的幾何形態(tài)，對胞的直徑d和端部半徑R進(jìn)行了精確的測量；將胞的端部幾何形態(tài)與流體

4、動力學(xué)中的Saffman-Taylor粘性指方程進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)兩者具有很大的相似性，驗證了胞狀共生生長模型；以胞狀共生生長組織為例定量分析了包晶反應(yīng)對包晶兩相體積分?jǐn)?shù)的影響，發(fā)現(xiàn)包晶反應(yīng)前后有37.8％左右的初生相重新溶解；包晶反應(yīng)對胞狀共生生長的形態(tài)穩(wěn)定性也具有重要影響，主要體現(xiàn)在包晶兩相界面距離l，通過定量測量發(fā)現(xiàn)包晶兩相界面之間的距離 l與胞的直徑d及端部半徑R之間的關(guān)系為：l≈2d≈7R，為胞狀共生生長模型的進(jìn)一步驗證和改進(jìn)提