钕铁硼凝固过程分析.ppt

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1、Nd-Fe-B合金的凝固过程及组织控制内容提要Nd-Fe-B体系相图及其结晶过程Nd-Fe-B合金的非平衡凝固过程甩带炉工艺及SC片组织控制21.Nd-Fe-B体系相图及其结晶过程化合物熔点及生成方式Nd2Fe171185，包晶反应，L+γ-Fe=Nd2Fe17Fe2B1407,包晶反应L+FeB=Fe2BFeB1588，一致熔化NdB662150，包晶反应L+NdB6=NdB66NdB62650，一致熔化NdB42350，包晶反应L+NdB6=NdB4Nd2B52000，包晶反应L+NdB4=Nd2B5Nd2F

2、e14B(T1)1180，包晶反应L+γ-Fe=T1Nd1.1Fe4B4(T2)1090，一致熔化Nd5Fe2B(T3)1.1钕铁硼体系中的化合物31.2钕铁硼体系相图41.2钕铁硼体系相图51.2钕铁硼体系相图61.2钕铁硼体系相图-初晶区T2T1T2δ-FeT3Ndγ-Feγ-Fe71.2钕铁硼体系相图-重要的相变点线L=Fe+Fe2BL=Fe+T1+T2L=T1+T2L+Fe=T1L=T1+T2+(Nd)81.3典型成分点的结晶过程91.3典型成分点的结晶过程M1M2M3M5M4101.3典型成分点的结晶过

3、程M1M1结晶过程固相变化：Fe→(Fe+T1)→T1（包晶反应结束）111.3典型成分点的结晶过程M2M2结晶过程121.3典型成分点的结晶过程M2结晶过程固相成分：Fe→(Fe+T1)(包晶过程)→T1(Fe消耗完，穿晶)→(T1+T2)(二元共晶)→(T1+T2+Nd)(三元共晶)131.3典型成分点的结晶过程M1M2M3M5M4M3结晶过程M3与M2结晶过程类似，主要区别在于：穿晶后的结晶路径不同。141.3典型成分点的结晶过程M3结晶过程固相组织：Fe→(Fe+T1)(包晶过程)→T1(Fe消耗完，穿晶

4、)→(T1+Nd)(二元共晶)→(T1+T2+Nd)(三元共晶)M3151.3典型成分点的结晶过程M5M5结晶过程M5结晶过程与M2类似，结晶路径相当于M2包晶完成后的路径。固体组织：T1→(T1+T2)→(T1+T2+Nd)161.3典型成分点的结晶过程M1M2M3M5M4M4结晶过程M4结晶过程与M3类似，结晶路径相当于M3包晶完成后的路径。固相组织：T1→(T1+Nd)→(T1+T2+Nd)172.钕铁硼非平衡凝固过程在实际生产中，熔体的凝固都是在非平衡状态下完成的，因此分析非平衡凝固更为重要。2.1熔体过

5、热导致的非平衡凝固熔体温度高于液相线150-200℃。结晶特点：1）包晶范围变大：Nd原子分数：（11.78-15%）→（11.78-18%）2）两次包晶过程：L+γ-Fe=X（Nd2Fe17Bx）L+X=T1亚稳过程的最大特点是γ-Fe初晶更容易生成。182.2非平衡凝固过程在快速凝固过程中，无论是潜热，还是固相和液相成分，都来不及扩散均匀，凝固前沿存在“成分过冷”。当γ铁从液相中析出时，在γ铁周围，液相富集了Nd,B，熔点更低，进而阻碍了γ铁固相的成长。γ铁只能在特定方向择优生长，形成树枝晶。当熔体过冷度足够

6、大时，包晶反应优先在γ铁树枝晶根部及枝干交叉处发生。192.2非平衡凝固过程包晶反应特点：Fe原子从固态的γ铁中向外扩散，穿越其外围的固态主相层，与液相反应生成主相，由于固相中Fe原子的扩散速度缓慢，粗大的γ铁往往只有部分转变为主相。显然，包晶反应的程度受制于γ铁晶粒的大小，晶粒越粗大，铁原子扩散的距离越大，主相的形成越难。202.2非平衡凝固过程α-Fe的危害1）α-Fe具有延展性，恶化粉末粒度的均匀性。2）导致富钕相的局部富集，造成破碎后的粉末成分不均匀。3）导致主相体积分数降低，造成磁体的剩磁降低。4）具有

7、各向同性，软磁性，在压制时，不参与磁场取向，在烧结后会形成错取向晶粒。减小α-Fe的有效措施是增大熔体过冷度，使熔体温度直接进入（L+T1）相区。212.2非平衡凝固过程原因分析热力学上：B-Nd,B-Fe的亲和力要比Nd-Fe,Nd-Nd,Fe-Fe的亲和力强。因此，在过冷度足够大的情况下，主相优先从液相中析出，而不是以包晶反应析出。γ-Fe的析出就可以完全被抑制。即，只要浇铸过程中合金溶液的冷却速度足够快，铸锭中就不会出现α-Fe，即发生L=T1（1）动力学上：式（1）所涉及的相变与主相晶胞结构有直接关系。在

8、主相晶胞中，Re,B，Fe原子沿C轴具有层状分布特征。其中，Re原子和B原子集中分布在Z=0和Z=c/2的晶面上，从z=0晶面到z=c/2晶面，Re原子和B原子正好绕C轴旋转了90°，因此，在合金凝固过程中，Re2Fe14B晶体的易生长方向垂直于易磁化方向，并形成片状晶（即柱状晶）团簇，在每个团簇内，片状晶之间几乎平行排列。可见，当过冷度足够大时，从液相中直接形成Nd2F