磁场下新型钴基高温合金Co-Al-W定向凝固组织的研究

摘要

近十年，Co-Al-W基合金中发现的高温稳定的γ′相Co3(Al,W)成为国内外学者的研究热点。本文以Co-8.8Al-9.8W和Co-8.8Al-9.8W-2Ta两种合金为研究对象，在稳恒磁场下，进行定向凝固实验。研究了定向凝固显微组织的变化，考察了纵向和横向稳恒磁场对凝固过程中固-液界面组织和宏观偏析的影响。
　　在Co-8.8Al-9.8W合金定向凝固过程中，施加纵向稳恒磁场导致固-液界面形貌和枝晶生长发生变化。在抽拉速率较低的情况下（R≤10um/s），施加小于等于1T的纵向磁场后，发现随着磁场强度的增大，固-液界面平稳生长，枝晶变得粗大，数目减少。当磁场强度继续增加时，枝晶数目增多，枝晶细化。这是由于磁场强度较小时，热电磁流动改变了界面前沿溶质分布，二次枝晶发达。当磁场强度继续增加时，磁阻尼占主导地位，抑制了热电磁对流，二次枝晶被抑制，一次枝晶间距变小。而Co-8.8Al-9.8W-2Ta合金定向凝固过程中，在低抽拉速率的情况下，随着磁场强度的增加枝晶开始变形，枝晶由稳定生长的柱状晶变得杂乱无章，产生的热电磁对流使枝晶破碎断裂。这是因为增加的Ta元素是正偏析元素，加剧了合金凝固过程中的偏析行为，所以固-液界面不同于三元的Co-Al-W合金。当抽拉速率较大（R≥50um/s）时，磁场对两种合金的固-液界面几乎没有影响，一次枝晶间距与低拉速下规律一致，随着磁场强度的增加先变大后变小。对于纵向磁场下的偏析行为，两种合金基本一致。磁场对两种合金中Al元素的偏析存在一定的促进作用，两种合金在磁场下的偏析行为主要以Al元素为主，而且从实验结果可以看出随着固相比例的提高而溶质Al含量也在增加。而W元素的偏析，磁场对其影响较小。
　　横向稳恒磁场对 Co-8.8Al-9.8W合金定向凝固组织及界面形态有着不同的影响。在定向凝固 Co-8.8Al-9.8W合金的过程中施加横向稳恒磁场，发现在低拉速的情况下（R=5um/s），固-液界面向试样的右侧凹陷并在右侧产生溶质Al的偏聚，而且在试样的右侧出现斑状组织。导致此原因是由于合金固-液界面处试样尺寸的宏观热电磁流动(TEMCmac)和枝晶尺寸的微观热电磁流动(TEMCmic)的耦合作用驱动溶质迁移所致。作者进一步分析了横向磁场对定向凝固过程中一次枝晶间距的影响，发现增大磁场强度可以使一次枝晶间距减小。这是因为在施加磁场的过程中，TEMCmic随着磁场强度的增大而不断增大，使得枝晶间熔体流动不断加强，一次枝晶间距不断变小。当拉速增加到50um/s时，磁场对合金固-液界面几乎没有影响，一次枝晶间距随着磁场强度的增加也没有得到细化，这是因为拉速较快横向磁场导致的枝晶间热电磁流动TEMCmic作用时间变短，所以作用效果变低。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1引言

1.2钴基高温合金

1.3 Co-Al-W基合金的相组成

1.4 磁场对凝固过程的影响

1.5 本论文的目的、意义及研究内容

第二章 研究内容及实验方法

2.1 合金选择及制备

2.2 强磁场下定向凝固实验

2.3 组织分析测试方法

第三章 纵向磁场对Co-Al-W基合金定向凝固组织的影响

3.1 强磁场对Co-Al-W基合金定向凝固枝晶形貌的影响

3.2 磁场对一次枝晶间距的影响

3.3 磁场对凝固组织微观偏析的影响

第四章 横向磁场对Co-Al-W基合金定向凝固组织的影响

4.1 横向磁场对Co-8.8Al-9.8W基合金定向凝固组织形貌的影响

4.2 结果分析与讨论

4.3 本章小结

第五章 结论

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

致谢