Ni-10.6﹪NbC共晶合金恒速和跃迁加速定向凝固下的组织演化研究

摘要

本文研究了Ni-NbC共晶合金高温度梯度下恒速和跃迁加速定向凝固下的组织演化规律，探讨了定向凝固过程中强化相NbC的生长机制，不同定向凝固速度下共晶组织的凝固行为，观察和分析了跃迁加速定向凝固过程中合金共晶间距的调整及其机制。 在恒速定向凝固实验中，Ni-NbC 共晶合金在温度梯度300刚cm和凝固速度小于20μm/s 下，Ni相和 NbC 相以平界面形态耦合生长，得到的最终组织为规则的共晶组织。实验中获得的平界面耦合生长凝固速率要比成分过冷理论给出的临界凝固速度12.5μm/s．要高。 在强化相NbC的生长机制探讨中，发现NbC相生长可分为启动生长阶段、竞争生长和稳态生长阶段，其分支主要发生在择优生长方向上。实验中，在凝固速度低于20μm/s时，强化相NbC的形貌主要有三叶状和点状，它们均匀分布在基体Ni相中。当凝固速度增大到50μm/s时，合金凝固组织中出现共晶胞状组织，部分三叶状和点状的NbC变成条状NbC，同时随着凝固速度的增大，共晶间距逐渐减小，强化相NbC的体积分数相应增加。 在跃迁加速定向凝固实验中，以相同的初速度2μm/s 跃迁加速到不同的更高凝固速率，在跃迁加速比较小的情况下，合金凝固组织在跃迁加速前后均能以规则的耦合共晶生长。当跃迁加速比较大时，变速后合金凝固组织中会出现共晶胞和初生Ni枝晶。在以不同的初速度分别跃迁加速到相同的凝固速率50μm/s时，跃迁加速比较小时，变速后的凝固组织经历了规则共晶一胞状共晶一规则共晶的演变，跃迁加速比较大时，合金凝固组织中很快出现初生Ni枝晶。 通过定向凝固速率跃迁加速可以细化Ni-NbC合金的凝固组织，其组织的细化主要是通过跃迁加速界面前沿NbC相重新形核，以及少量的NbC相分枝进行的，．上述结果使得Ni-NbC共晶合金凝固组织间距减少，组织细化。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

第2章文献综述

2.1共晶定向凝固理论

2.1.1棒状共晶生长理论

2.1.2共晶生长形态

2.1.3共晶合金界面稳定性理论

2.1.4非共晶多元合金的凝固

2.1.5共生生长及耦合区间

2.1.6共晶共生区形成条件的热力学分析

2.1.7Ni-NbC合金的研究

2.2非稳态共晶凝固综述

2.2.1共晶凝固的非稳态过渡区

2.2.2变速定向凝固下的溶质变化

2.2.3关于共晶的非稳态实验研究

第3章研究内容和实验方案

3.1实验材料的选择

3.2研究内容

3.3实验方案

3.3.1实验设备及原理

3.4实验用料及试样的制备

3.4.1原始试样综合热分析(DSC)

3.4.2定向凝固过程中温度梯度的测定

3.4.3定向凝固试样的制备

3.4.4实验方案

3.5试样组织分析与定量测量

第4章恒速定向凝固下Ni-10.6%NbC合金组织演化

4.1强化相初生晶形貌及分支特性

4.2定向凝固Ni-10.6％NbC合金组织演化研究

4.2.1 Ni-NbC合金相图

4.2.2恒定抽拉速率下合金的定向凝固组织

4.3强化相的形貌及取向分析

4.4定向凝固速度对强化相体积分数的影响

4.5本章小结

第5章定向凝固跃迁加速下Ni-10.6％NbC共晶合金凝固组织演化

5.1跃迁加速定向凝固下合金的凝固组织

5.1.1初速度相同变速比不同的跃迁加速过程组织演变分析

5.1.2变速比对变速后组织的影响

5.1.3共晶集群结构的形成

5.2初始稳态不同对变速后组织的影响

5.2.1初速度不同，末速度相同的跃迁加速过程组织演变分析

5.2.2变速比对变速后组织的影响

5.3纤维共晶凝固平界面失稳分析

5.4速度对共晶纤维间距的影响

5.5本章小结

第6章结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢