抽拉速度对SCN—DC共晶生长形貌的影响-论文.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．62，No．21(2013)218103抽拉速度对SCN—DC共晶生长形貌的影响冰白贝贝林鑫卡王理林王贤斌王猛黄卫东(西北工业大学凝固技术国家重点实验室，西安710072)(2013年7月3日收到；2013年8月6日收到修改稿)本文采用类金属透明模型合金丁二腈-23．6wt％樟脑(SCN．23．6wt％DC)合金，研究了棒状共晶定向凝固组织的演化行为，考察了抽拉速度对棒状共晶合金组织形貌演化的影响规律．结果表明，在共晶生长初期，共晶组织首先起源于晶粒晶界或者试样盒型壁处，随后沿液／固界面和平行于

2、热流方向生长；在较小的抽拉速度(0．064—0．44p_m／s)下，棒状共晶界面前沿呈现平界面形态，内部两相棒状组织平行生长，并且随着抽拉速度的增大，棒状共晶逐渐细化，棒状间距减小；而在较大的抽拉速度(0．67—1．56~tm／s)下，共晶界面前沿呈现胞状生长形貌，胞内的棒状共晶呈放射状生长，同样，随着抽拉速度的增大，胞内棒状共晶逐渐细化，棒状间距减小．关键词：定向凝固，共晶形貌，抽拉速度，共晶间距PACS：81．30．Fb，81．10．Aj，81．10．DnDOI：10．7498／aps．62．218103共晶合金研究了强制性共晶生长

3、行为，并对经典的1引言JH和Trivedi模型进行了验证．Akamastu等_l4_研究了试样厚度对SCN．DC透明共晶合金凝固组织共晶合金是目前在工业生产中应用很广、也特征参数的影响，发现小试样厚度有利于共晶组织是非常重要的一类工程合金，最近几十年来，很多以类层片共晶形貌生长．Serefoglu等Ll5J则发现保学者致力于开发新型共晶合金，以满足不同的工业温时间、单相层组织形貌、试样厚度等初始条件需求Llj2J．共晶凝固过程中，其组织演化通常呈现是影响定向凝固过程中共晶组织生长行为的关键一种典型的多相凝固自组织现象，其两相界面形态因素

4、．孟广慧等[51研究试样厚度和界面能各向异的演化和选择对最终共晶合金的组织和性能具有性效应对CBr4一C2C16共晶合金层片间距调整机理重要影响71．定向凝固技术是研究共晶合金凝的影响规律，发现当试样厚度明显大于层片间距的固的一个重要手段．特别是，由于定向凝固的相关选择范围时，共晶层片的取向大致与热流方向平行．控制参数准确可控，使得定向凝固共晶合金的理论Trivedi等_l6J采用定向凝固的方法研究SCN．DC共和实验研究倍受关注．至今，己经有很多研究者对晶合金生长时，发现在厚度较小的试样中形成单层共晶生长理论进行了研究，并提出了相应的

5、模型，的棒状共晶组织，并建立了二维棒状共晶理论模型．如JH模型[8]、TMK模型[9]、KT模型[1o]、李周另外，近几年有研究者采用计算机模拟的方法研模型[6]、以及LZ模型【l1_．另外，还有一些研究者究共晶生长．Zhu等_17_采用多相场模型模拟了定也对经典的理论进行补充，刘俊明等p2]研究了定向凝固过程中CBr4一C2C16层片共晶的稳定性，指向凝固过程中层片间距选择的动力学因素，提出了出了层片共晶不稳定的主要原因是溶质边界层的三种间距模型，并获得了间距与抽拉速度的定量关扰动．吴孟武等[18]采用元胞自动机法模拟了初始系．而采用

6、透明模型合金来实时观察共晶凝固过程条件对二元规则共晶合金共晶两相生长形貌及间己经成为验证共晶凝固理论，揭示共晶两相演化行距的变化规律，再现了共晶层片间距调节机理：杨为的一个重要途径．姚向东等[13]采用CBr4一C2C16玉娟等_l9_采用多相场模型研究了不同抽拉速度国家重点基础研究发展计划(批准号：2011CB610402)和国家自然科学基金(批准号：50971102，51271213)资助的课题．t通讯作者．E-mail：xlin@nwpu．edu．crl⑥2013中国物理学会ChinesePhysicalSocietyht：／／w

7、ulimb．hy．ac．cn218103．1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．62。No．21(2013)218103下CBr4．C2C16共晶合金的形态选择，建立了形态选5s的间隔对凝固组织形态进行实时采集．本文采用择图；Zhu[20]利用多相场模型模拟了三种变速条件的试样盒由Vitrocom公司生产的厚度为2O岬方CBr4一C2C16凝固过程，发现在变速条件下，界面平形毛细管制作而成．实验前，将试样盒放置于抽拉均生长速率偏离抽拉速率，界面平均过冷度也发生平台的固定位置保温20h进行合金均匀化，并将该了变化．位置作为每次实验的

8、起始抽拉位置，以保证初始条需要指出的是，虽然目前对共晶生长机理的研件的一致性．实验中，液／固界面处的温度梯度恒定究已经取得了较大的进展，但是大部分对共晶生长为4．5K／mm．的研究主要侧重于共晶两相的平界面