深过冷feni合金的组织演化和亚稳相的形成规律

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1、摘要摘要本文以Fe-7.5at.%Ni为研究对象，采用熔融玻璃净化并结合循环过热方法，系统研究了该合金凝固组织随过冷度的演化规律及深过冷熔体中亚稳相的析出行为，采用TEM和SEM手段观察了凝固组织中亚稳相枝晶核的形貌和分布。结合经典形核理论和瞬态形核理论，系统分析了过冷熔体中亚稳相和稳定相的竞争形核。采用BCT模型描述了过冷熔体中亚稳相和稳定相的生长行为，并探讨了过冷熔体中的竞争生长现象和亚稳相的演化机制，借助于TEM和XRD的分析手段探讨了合金的相演化规律，得出的主要结论如下:(1)低过冷度下的组织细化是由初生枝晶在严重过热条件下的熔断引起;中等过冷度下的组织细化可归

2、因为，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，导致初生枝晶在收缩应力的作用下发生破断，在随后的慢速凝固过程中由于晶体缺陷和变形能的存在，使组织发生再结晶从而形成具有平直晶界的细小等轴晶组织:大过冷度下凝固组织的粗化归因于v相在较低的过冷度下形核和凝固后冷却过程中的晶粒合并。(2)通过对凝固组织的观察确定了亚稳相6析出的临界过冷度△T=120K;发现亚稳枝晶核的数量随过冷度的增大而增多，亚稳相枝晶核多分布于晶粒内部少量沿晶界分布，晶粒内部的枝晶核呈椭圆状，晶界处的枝晶核呈长条状或三角状;枝晶核内部位错很少，且不存在亚结构，枝晶核与基体相存在着明显的相界面。(

3、3)采用经典形核理论和瞬态形核理论对Fe-7.5at.%Ni合金过冷熔体中亚稳相和稳定相的竞争形核的计算与实验结果定性吻合，即当熔体过冷度大于某一临界过冷度时亚稳相将作为初生相从过冷熔体中析出，通过分析发现瞬态形核理论能更好的描述深过冷熔体中的竟争形核问题。(4)亚稳相的生长主要受到界面动力学过冷和热过冷的控制;在低过冷度和中等过冷度范围内过冷熔体内存在亚稳相和稳定相的竞争生长，稳定相会从竞争生长中胜出，最终成为生长相:大过冷度的条件下，熔体的凝固过程中亚稳相为初生相，稳定相作为次生相生长。(5)亚稳相枝晶破断机制为枝晶过热重熔机制，大过冷下亚稳相的生长和演化过西北工业

4、大学工学硕士学位论文程为，形核，生长，过热重熔，熟化，最后被稳定相的生长包裹。(6)过冷Fe-7.5at.%Ni合金的相演化规律为凝固组织中的丫相转变为马氏体，亚稳相6相的枝晶核在凝固结束后先转变为丫相，后由丫相转变为马氏体。关键词:Fe-Ni合金，过冷熔体，竟争形核，亚稳相，组织演化，相变AbstractAbstractFe-7.5at.%Nialloyswereundercooledwithmoltenglassfluxingandcyclingsuperheatingmethods.Thesolidificationmicrostructureevolutionw

5、ithundercoolingandsolidificationbehaviorsofmetastablephasewereinvestigated,systematicly.ThedendritecoreofmetastablephaseanditsdistributinginthesolidificationmicrostructureswereobservedbyTEMandSEMtechniques.Competitivenucleationinundercooledmeltswasanalyzedwithclassicnucleationtheory(CNT)

6、andtime-dependenttheory(TDT),respectively.ThegrowthofmetastablephaseandstablephaseweredescribedbasedonBCTmodel.Thecompetitivegrowthbetweenthemetastablephaseandstablephasewerediscussedandtheevolutionofmetastablephasewaselucidated.ThephasetransformationprinciplehasbeenstudiedwithTEMandXRDm

7、ethods.Mainconclusionsareasfollows:(1)Thegrainsrefiningmechanisminlowundercoolingrangeisthedendriteremeltingbytheserioussuperheating.Thegrainsrefininginthemediumundercoolingrangeisduetotherecrystallizationinducedbythehighcontractionstress,andinhighundercoolingrange,themet