过冷feni合金熔体凝固组织和凝固行为研究

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1、中交扼要中文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，系统研究了这些合余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6与稳定相Y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：1．Fe．Ni合

2、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。2．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。3．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

3、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一15at．％Ni合金为110K，Fe．22．at．％Ni合金为185K。4．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6和稳定相1，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。5．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，即凝固组织中丫相转变为马氏体，亚稳相6相一部分转变为0【铁素体，其余部分先转变为丫相，然后丫相转变为马氏体。6。对Fe-Ni合金的软磁性能测定

4、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。过冷Fe．Ni合金熔体凝川纪织和凝l古I行为研究关键词：Fe-Ni合金；深过冷；亚稳相；竞争形核；枝晶核；软磁性能卢。BS■RACTABSTRACTFe-15at．％NiandFe。22．5at．％N1alloymeltswerebulkundercooledupto300Kand320Krespectivelybycombiningtheglassfluxingtechniquewithsuperheating

5、—coolingcycles．Thesolidificationmicrostructureevolutionwithundercoolingandsolidificationbehaviorsofmetastablephasewereinvestigatedsystematically．ThegrowthpattemofcrystalandevolutionbehaviorofSolidificationStructureweredescribedbasedBCDmodel．Basedontheclassicalnucleationtheoryan

6、dthetime—dependentnucleationtheory,thethermodynamicsandthekineticsforthecompetitivenucleationofthemetastable6andthestablephases丫havebeencalculated，thecriticalconditionthatthemetastablephaseappearedinFe—Nialloywasbroughtforward．ThePhasesstructureandsoftmagneticPropertieswerestud

7、iedbyusingXRD、TEMandVSM．respectively．ThemainresearchworkandconclusionsarePresentedasfollows：1．Thesolidificationstructureswithcoarserdendrites，thefirstgranulargrains，finerdendritesandthesecondgranulargrainswereappearedorderlyinFe-Nialloy．Thegranulationsofsolidificationmicrostruc

8、turewouldtakeplacetwiceatalargeUndercoolingrange，where