过冷Fe-Ni合金熔体凝固组织和凝固行为研究

摘要

本文采用熔融玻璃并结合循环过热的方法，使Fe-15at．％Ni、Fe-22．5at．％Ni合金分别获得了300K和320K的过冷度，系统研究了这些合金凝固组织随过冷度的变化规律以及深过冷熔体中亚稳相的析出行为。采用BCT模型分析了过冷熔体中晶体的生长方式以及凝固组织的演化规律，借助经典形核理论和瞬态形核理论详细讨论了过冷Fe-Ni合金的合金中亚稳相δ与稳定相γ竞争形核的热力学及动力学机制，提出了过冷Fe-Ni合金中形成亚稳相的临界条件。采用XRD和TEM技术分析了合金相结构，借助于VSM研究了合金的软磁性能。结果表明： ⑴Fe-Ni合金在所能达到的过冷度范围先后呈现出粗大树枝晶、第一类粒状晶、细小树枝晶和第二类粒状晶，发生了两次粒化现象，即由粗大树枝晶向第一粒状晶转变和细小树枝晶向第二类粒状晶转变的过程。 ⑵通过对合金凝固组织演化规律分析表明：凝固组织第一类粒化机制为枝晶熔断机制，第二类粒化机制为枝晶碎断+再结晶机制，即由于固液界面前沿液相不能及时补充凝固收缩造成的体积差，使初生枝晶在收缩应力下发生碎断，由于晶体缺陷和变形能存在，组织发生再结晶从而形成具有平直晶界的等轴晶组织。 ⑶通过对组织观察，发现过合金冷度超过某一临界过冷度时有亚稳相枝晶核的析出，并且亚稳枝晶核的数量随过冷度的增加而增多，亚稳相枝晶核多分布于晶粒内部少量沿晶界分布，亚稳相析出的临界过冷度Fe-15at．％Ni合金为110K，Fe-22．at．％Ni合金为185K。 ⑷采用经典形核理论和瞬态形核理论分析了过冷Fe-Ni合金熔体中亚稳相δ和稳定相γ竞争形核行为，当熔体过冷度大于某一临界过冷度时亚稳相将做为初生相优先形核，理论分析计算与试验结果定性吻合。 ⑸过冷Fe-Ni合金亚稳相和稳定相在冷却过程中相结构发生了变化，即凝固组织中γ相转变为马氏体，亚稳相δ相一部分转变为α铁素体，其余部分先转变为γ相，然后γ相转变为马氏体。 ⑹对Fe-Ni合金的软磁性能测定分析表明，采用深过冷快速凝固技术有利于提高软磁合金的饱和磁感应强度Bs和降低剩余磁感应强度Br，这为制备高性能软磁材料提供了新的方法和途径。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1 软磁材料

1.1.1 软磁材料分类

1.1.2 对软磁材料的要求

1.1.3 Fe基软磁材料

1.1.4 Fe基软磁材料发展现状

1.1.5 大体积软磁合金制备方法

1.2 亚稳相

1.2.1 亚稳相定义

1.2.2 亚稳相分类

1.2.3 亚稳相获取方法

1.2.4 亚稳相的深过冷技术研究

1.3 深过冷凝固技术

1.3.1 深过冷获得技术

1.3.2 深过冷凝固组织特征

1.4 深过冷熔体中的枝晶生长理论

1.4.1 枝晶生长稳态理论

1.4.2 BCT模型

1.4.2 过冷熔体中晶体的生长方式

第二章 研究内容及试验方法

2.1 研究内容

2.2 实验材料、设备

2.2.1 试验材料

2.2.2 试验设备

2.3 试验方法

2.3.1 净化剂配制

2.3.2 深过冷试验方法

2.3.3 分析检测

2.4 研究路线

第三章 深过冷Fe-Ni合金的凝固组织及演化规律

3.1 Fe-Ni合金的凝固行为

3.2 Fe-15at.%Ni合金

3.2.1 凝固组织

3.2.2 合金晶尺寸

3.2.3 凝固组织演化机制

3.3 Fe-22.5at.%Ni合金

3.3.1 凝固组织

3.3.2 合金晶粒尺寸

3.3.3 凝固组织演化机制

3.4 枝晶核

3.5 本章小结

第四章 深过冷Fe-Ni合金熔体中的亚稳相

4.1 过冷Fe-Ni合金亚稳相图

4.2 亚稳相随过冷度变化析出规律

4.3 亚稳相分布及形貌

4.4 亚稳相与稳定相的竞争形核机制

4.4.1 经典形核理论分析

4.4.2 瞬态形核理论分析

4.4.3 形核理论误差分析

4.5 亚稳相析出与合金成分的关系

4.6 亚稳相的生长方式

4.7 稳定相和亚稳相的竞争生长

4.8 亚稳相和稳定相的演化

4.8.1 亚稳相形态演化

4.8.2 固态相变可能性推测

4.8.3 XRD衍射分析

4.8.4 能谱(EDS)分析

4.9 本章小结

第五章 Fe-Ni合金的软磁性能

5.1 Fe-15at.%Ni合金软磁性能

5.2 Fe-22.5at.%Ni合金软磁性能

5.3 本章小结

第六章 结论

参考文献

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