包晶凝固的研究进展

《包晶凝固的研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、包晶凝固的研究进展报告人：陈杰报告内容：一、包晶凝固简介二、包晶凝固的形核、生长机理三、各种假设、模型、理论简介四、包晶凝固实例分析五、研究设想一、包晶凝固简介首先析出α相，以枝晶方式生长。在α相枝晶生长过程中组元B在液相中富集，液相成分沿相图中的液相线变化。当液相成分达到Cp时发生包晶反应:LP+α→β。β相在α相表面发生异质形核并很快沿表面生长，将α相包裹在中间。由包晶反应机理可知，包晶相是依附在初生相表面形核长大的。利用这一点设法在熔体内首先形成大量的固相质点，包晶产物就在这些质点表面形核长大，可以达到细化组织的目的

2、。工业生产中通常在铝和铝合金中加入少量的钛;在铜和铜合金中加入少量铁;或在镁和镁合金中加入少量锆，都是利用包晶转变的特点来达到细化晶粒的目的。不但工业生产中应用了包晶转变来改变材料的性能，而且近几年对于某些铁磁材料、超导材料、形状记忆材料及耐高温材料等功能材料的研究和开发也涉及到了包晶反应，可见人们对包晶型合金的研究兴趣日益增加。由于包晶凝固在初生相形核和生长过程中的复杂性，使得包晶合金在凝固时，有着特殊的凝固行为，展示出多样的微观组织形貌，人们对其凝固过程和机理的研究远没有单相和共晶体系那样深入，长期以来仅限于定性的描述

3、，至今还没有形成较为完整的理论体系，也没有单相和共晶合金那样较成熟的凝固模型（如成分过冷准则、MS界面稳定理论、JH规则共晶分析模型等），凝固著作中有关包晶合金的内容也很少（仅有少量有关包晶合金平衡凝固的内容）。目前关于二元包晶合金的研究主要是以定向凝固试验为基础，研究包晶凝固的形核、凝固界面形态与相选择、带状组织与耦合生长、包晶相的生长机制等。二、包晶合金的凝固及凝固组织1、包晶凝固过程的三个阶段（包晶相的生长机制）2、平衡凝固3．非平衡凝固4、包晶凝固中相的竞争与选择1、包晶凝固过程的三个阶段：1）液相与初生相α反应形

4、成包晶相层;2）包晶相β通过在已形成包晶相层内的固相扩散长大；3）包晶相依附于已形成的包晶相上直接向液相中生长。在实际的包晶凝固过程中，初生相完全被包晶相包覆以后，后两个生长阶段是同时进行，无法截然分开的。包晶凝固的三个阶段:包晶反应、包晶转变以及直接凝固当体系温度降低到初生相液相线以下时，初生相开始生核并且生长;当温度进一步降低到包晶温度Tp时，包晶相依附于初生相生核，并通过包晶反应开始生长，直至参与包晶反应的两相中有一相完全耗尽。若液相先于初生相被耗尽，则获得的凝固组织为包晶相包覆初生相的结构:若初生相先于液相被耗尽，

5、则剩余的液相将直接转变为包晶相，最后获得完全由包晶相构成的组织。2、平衡凝固k

6、晶出β相或参与其他反应，而α相仍保留在β相的心部，形成包晶反应的非平衡组织.4、包晶凝固中相的竞争与选择在包晶凝固过程中，不同的相间存在两种竞争方式:形核竞争和生长竞争。对于过冷条件下的自由生长,由于形核所需的过冷度相对较大,一旦某一相开始生核,在形核生长过程中放出大量的相变潜热,就可以抑制其它相的形核及生长，因此相及微观结构形成主要取决于形核竞争。在定向凝固中，由于存在形核基底，通常两相的过冷度比较小，因此最终的相组成主要取决于不同相之间的生长竞争.三、各种假设、模型、理论简介1、成分过冷判据2、最高界面生长温度假设3、

7、充分形核判据（NCU判据）4、界面响应函数（IRF)5、定向凝固界面形态演化的准三维自洽模型2、最高界面生长温度假设在定向凝固中，凝固界面生长温度最高的相具有最大的稳定性，其凝固时比其它相更接近液相，在竞争生长中能占据有利位置，释放的结晶潜热及其溶质分凝的结果会抑制其它相的形核与生长。1、成分过冷判据对于不同凝固参数下包晶合金将以什么样的凝固界面形态发生凝固，可以采用成分过冷判据加以分析和判断。3、充分形核判据／假设（NCU判据）预先假定了形核相有极高的形核密度，包晶合金凝固过程中的相转变由界面前沿的生核和生长条件所决定;

8、当界面前沿第二相生核并覆盖初生相并占据固液界面前沿液相区，第二相阻碍了初生相的进一步生长时，界面将发生由初生相向第二相的转变。由于这个判据考虑了形核与成分过冷两方面的因素，人们也将其称为NCU判据.但是这个判据仅仅考虑了形核作为控制因素的情况，缺乏对生长竞争的明确描述。Hillert等基于最高界面生长温