定向凝固Cu-Cr亞共晶合金初始過(guò)渡區(qū)組織演化和相選擇.pdf

1、材料的性能決定于材料的組織，而凝固的最終組織與初始非穩(wěn)態(tài)過(guò)程有著密切的歷史相關(guān)性。初始過(guò)渡區(qū)對(duì)后續(xù)凝固組織的完整性及其變化有著十分重要的影響。本文以廣泛應(yīng)用的Cu-Cr自生復(fù)合材料為應(yīng)用背景，以制備Cu-Cr自生復(fù)合材料的定向凝固制備方法為基礎(chǔ)，研究其制備過(guò)程中出現(xiàn)的初始凝固問(wèn)題。一方面，考察了試樣初始過(guò)渡區(qū)非穩(wěn)態(tài)組織的演變、共晶生長(zhǎng)、界面形態(tài)及組織特征等多方面的凝固特性，并結(jié)合相圖對(duì)各相的形成特點(diǎn)作以探討；另一方面，在此基礎(chǔ)上考察了穩(wěn)

2、態(tài)組織變化及相形核特征，以此與非穩(wěn)態(tài)初始過(guò)渡區(qū)轉(zhuǎn)變作以對(duì)比；同時(shí)，也研究了初生相和共晶相的競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)機(jī)制。 本文在現(xiàn)有的關(guān)于Cu-Cr亞共晶合金定向凝固技術(shù)的研究基礎(chǔ)上，考察了不同抽拉速率階段的初始過(guò)渡區(qū)組織轉(zhuǎn)變特點(diǎn)，結(jié)果表明：Cu-Cr亞共晶合金定向凝固初始過(guò)渡區(qū)的典型組織轉(zhuǎn)變經(jīng)歷如下三個(gè)過(guò)程：初生α相階段→完全的共晶組織(α+β)階段→“初生相+共晶組織”的混合組織階段(枝晶調(diào)整階段)。并且不同的速率階段的初始過(guò)渡區(qū)轉(zhuǎn)變特點(diǎn)有

3、所不同。隨著抽拉速率的增加，初始過(guò)渡區(qū)組織由中速時(shí)首先析出單相α、再凝固出全部共晶組織的兩個(gè)過(guò)渡生長(zhǎng)階段，演化為高速時(shí)只有單相α生長(zhǎng)的單一過(guò)渡生長(zhǎng)階段(低速下組織演化與高速時(shí)相同)。本文通過(guò)理論分析認(rèn)為：一方面，共晶系合金在定向凝固時(shí)由于受到初生領(lǐng)先相析出的影響，導(dǎo)致共晶生長(zhǎng)失穩(wěn)。并推導(dǎo)出偏離共晶點(diǎn)的亞共晶系合金的失穩(wěn)臨界速率V1；另一方面，初生相生長(zhǎng)也容易失穩(wěn)，產(chǎn)生共晶相。在低速抽拉時(shí)，初生α相易在Ci=CE處失穩(wěn)；而在抽拉速率較高時(shí)