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

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1、摘要摘要本文研究了Al一38．5％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A1．38．5％Cu过共晶合金中A12Cu初生相的生长机理。定向凝固恒速实验中，A1．38．5％Cu过共晶合金在250K／cm的温度梯度和凝固速度1／．tm／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3．55I_trn／s时可得到耦合生长的共品组织相一致。实验中当定向凝固速度在5～490p,m／s时，A1．38，5％Cu合金中A12Cu初生相领先于共晶组织生长，并随着凝固速度的提

2、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，A1．38．5％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，结果表明合会凝固速率在5p,m／s和101．tm／s下，凝固的固相分数分别大于0．62和0一时，合金凝固组织就可转变为全耦合生长的共品组织，而这与实验中凝固速率5“m／s和109m／s时实测的固相分数大于0．49和O．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AI．38．5％Cu过共晶合金

3、中o-A12Cu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，这为提高共晶自生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。关键词：定向凝固，Al一38．5％Cu过共晶，跃迁加速，耦合生长，组织演化，热溶质流动，凝固速率ABSTRACTInthispaper,directionallysolidifiedmicrostructure

4、sofAl一38．5％Cuhypereutecticalloyswereinvestigatedbothatconstantgrowthratesandatthechangegrowthrates．ThesolidificationbehaviorsofA1—38．5％Cuhypereutecticalloys，includingcoupledgroWthzoneandadjustmentmechanismsoflamellarspacingofeutecticwereresearchedbyanabruptlychanginggrowthrateindirectio

5、nalsolidification．TheformationmechanismofprimaryA12CuphaseandtheeffectofthermosolutalconvectionondirectionallysolidifiedmicrostructuresofAI—A12Cuhypereutecticalloyswerepresentedanddiscussed．Atagiventemperaturegradientof250K／emandthegrowthrateof1gm／s，coupledgrowthlamellareutecticofA1—38．

6、5％Cualloywasobtained，whichwasinagreementwiththetheoreticalanalysisresultthatindicatedthegrowthrateshouldbelessthan3．559m／s．Asthegrowthraterangedfrom59m／sto4909rn／s．theprimaryA12Cuphasegrewaheadofthegrowthinterfaceofcoupledeutecticanditsmorphologywaschangedatvariousgrowthrates．Themaosolu

7、talconvectionhasaremarkableeffectonthedirectionallysolidifiedmicrostructuresofAI-38．5％Cuhypereutecticalloys．Theresultsshowthatwiththeincreaseofsolidfraction，thequantityofprimaryA12Cuphasewasdecreasedgradually．UsingtheScheilequationtopredictandanalyzethesolutesegregationinthesol