横向磁场下二元合金Cz法定向凝固过程中热电磁对流对凝固组织的影响

摘要

本文主要研究横向磁场对Cz法定向凝固纯Sn、Sn-15wt％Pb和Sn-13wt％Bi合金试样外形、凝固组织和成分偏析等的影响.实验结果显示:当磁场强度≤0.3T时,试样外形、凝固组织与溶质成分都未发生明显变化;但当磁场强度≥0.5T时,试样垂直于磁场方向一侧发生明显弯曲,且另一侧表面呈现"枝晶"状形貌.当改变外加磁场方向,试样弯曲方向与出现"枝晶"状表面位置也随之改变.从凝固组织分析可以看出,"枝晶"状表面内部凝固组织出现大量非柱状晶,且该区域内溶质发生富集.理论分析认为:这主要是由于磁场下定向凝固过程中固液界面处产生的热电磁流动定向运输溶质,并使溶质在试样一侧偏聚,从而抑制该侧枝晶的生长.数值模拟分析结果显示,当磁场强度≤0.43T时,坩埚中对流由自然对流占主导,并不会发生溶质的单向传输;而当磁场强度＞0.43T时,坩埚中对流由单向的热电磁流主导,单向运输的溶质会富集于试样一侧,形成偏析,这与实验结果保持一致.