Al-38.5﹪Cu过共晶合金恒速和跃迁变速定向凝固下的组织演化研究

摘要

本文研究了Al-38.5﹪Cu过共晶合金在恒速和跃迁变速定向凝固下的组织演变，重点探讨了通过跃迁加速定向凝固过程来扩大共晶共生区的可行性，同时分析和研究了Al-38.5﹪Cu过共晶合金中．Al<,2>Cu初生相的生长机理。 定向凝固恒速实验中，Al-38.5﹪Cu过共晶合金在250K/cm的温度梯度和凝固速度1μm/s下，获得的最终凝固组织为规则的层片共晶，与理论计算结果合金凝固速度低于3.55μm/s时可得到耦合生长的共晶组织相一致。实验中当定向凝固速度在5～490μm/s时，Al-38.5﹪Cu合金中Al<,2>Cu初生相领先于共晶组织生长，并随着凝固速度的提高，初生相的形态由工字形向圆弧花形转变。 考虑到恒速定向凝固下，Al-38.5﹪Cu过共晶合金中存在热溶质对流，结果合金凝固组织随凝固固相分数的增加由初生相+共晶组织向全耦合生长的共晶组织转变。采用Scheil方程分析和预测了该合金中不同凝固分数下的溶质分布，结果表明合金凝固速率在5μm/s和10μm/s下，凝固的固相分数分别大于0.62和0.7，合金凝固组织就可转变为全耦合生长的共晶组织，而这与实验中凝固速率5Ltm/s和10gm/s时实测的固相分数大于0.49和0.66就可以得到全耦合生长的共晶组织相吻合。 通过跃迁加速定向凝固抑制了Al-38.5﹪Cu过共晶合金中θ-Al<,2>Cu初生相的生长，使得在较高的凝固速度下仍然能获得耦合生长的共晶组织，这为提高共晶自尘复合材料的生产效率和扩大共晶共生区提供了一个新的技术途径。 对比恒速和变速定向凝固下Al-38.5﹪Cu过共晶合金中层片间距的变化，可发现恒速定向凝固下，合金凝固组织中层片平均间距比跃迁变速定向凝固下相同速率获得的共晶层片间距要大，它们与JH模型的理论计算都比较接近。

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共晶凝固理论的研究与发展

2.1.1经典共晶凝固理论(JH模型)

2.1.2 JH模型的完善

2.1.3共晶层片间距的调整与选择机制

2.2非稳态共晶凝固

2.2.1变速定向凝固的非稳态研究

2.3国内外关于Al-Al2Cu共晶合金的研究进展

第3章 研究内容和实验方案

3.1合金系的选择

3.2研究内容

3.3实验过程

3.4实验用料及原始试样的制备

3.4.1定向凝固实验过程

3.4.2实验方案

3.5试样的金相处理及分析

第4章 恒速定向凝固下Al-38.5％Cu合金组织演化

4.1 Al-Al2Cu共晶耦合生长理论计算

4.2.定向凝固Al-38.5％Cu合金组织演化规律和相分析

4.2.1相之间的位相关系

4.2.2界面形态演化

4.2.3凝固速度对Al-Al2Cu过共晶合金组织的影响

4.2.4 Al-Al2Cu过共晶合金中的带状组织

4.2.5凝固速度对小平面-非小平面相转变的影响

4.3热溶质对流对定向凝固Al-Al2Cu过共晶合金组织的影响

4.3.1凝固速度为5 μm/s下热溶质对流的情况

4.3.2凝固速度为10 μm/s下热溶质对流的情况

4.3.3理论解释与讨论

4.3.4合金成分对初生相生长形态的影响（凝固速度一定）

4.4本章小结

第5章 跃迁变速定向凝固Al-38.5％Cu合金组织演化

5.1定向凝固过共晶合金中初生相的消失

5.1.1低速2μm/s下初始过渡区内初生相的消失

5.1.2加速过程中初生相的消失和细化

5.2层片间距的横向调整

5.3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