熔體狀態(tài)與冷卻速率對Pb-Te-Sb-Bi合金凝固的綜合作用.pdf

1、理論及實驗研究表明,與晶態(tài)物質多型性結構轉變相似,液體及非晶固體中也存在結構多型性及轉變現(xiàn)象。近年來國內外多個團隊觀察并驗證了一些合金及單質發(fā)生溫度誘導液-液結構轉變的物理現(xiàn)象,且以此為基礎,開展了合金熔體狀態(tài)對材料結晶行為及凝固組織的作用、規(guī)律及其機制方面的探索,這克服了過去籍熔體過熱試探性地改變凝固組織的盲目性,并取得了可喜進展。然而,該方面的研究無疑尚需繼續(xù)深入進行,尤其對合金熔體狀態(tài)與冷卻條件對凝固的綜合交互作用、規(guī)律及認知,需

2、要系統(tǒng)地展開探索,這些正是本文工作的出發(fā)點和主要目標。
　　根據(jù)上述背景和目標,本文以Pb-Sb/Te/Bi三種系統(tǒng)若干種成分的合金為考察對象,基于其熔體電阻率行為所揭示的不同狀態(tài)(本文測試或參考前期結果),采用銅模、鐵模、坩堝空冷、爐內程序控速冷卻、絕熱材料(耐火磚)等不同冷速(104~100℃/s量級范圍)凝固條件,以熱分析法、組織檢驗、X-射線衍射等手段,探索了熔體狀態(tài)及其與冷速的交互作用對材料凝固行為、相/組織尺度與分布、

3、晶體生長方式、晶體生長形貌等方面的影響與規(guī)律。并運用液態(tài)理論及凝固原理對其作用機制進行了一定探討。主要結論與成果概述如下:
　　1、Pb-Sb30合金熔體的兩輪循環(huán)升降溫電阻率測試表明,其熔體首輪升溫中電阻率-溫度曲線(ρ-T)出現(xiàn)兩個不同溫區(qū)的異常行為,而后續(xù)降溫、升溫ρ-T曲線則均呈現(xiàn)線性關系,提示首輪升溫中熔體發(fā)生了溫度誘導結構轉變,且該轉變?yōu)椴豢赡妗?br>　　2、凝固熱分析及其數(shù)據(jù)處理表明,與狀態(tài)發(fā)生改變前的熔體凝固相比

4、,熔體狀態(tài)改變后其凝固行為發(fā)生明顯變化,主要體現(xiàn)在初生相及共晶過冷度增大、初生相析出的放熱峰增高揭示形核率提高、凝固速率加快等。凝固冷卻速率的影響主要體現(xiàn)在,盡管提高冷速可增大凝固過冷度,但熔體狀態(tài)改變而增大凝固過冷度的上述作用,卻隨冷速增大而有所減弱。
　　3、凝固組織分析表明,無論初生相還是共晶組織,熔體狀態(tài)發(fā)生改變后其凝固組織均發(fā)生了不同程度的細化;提高冷卻速率也如預期顯著細化結晶組織。然而。冷卻速率與熔體狀態(tài)的交互作用,卻

5、非千篇一律,隨合金體系或成分差異而有趣地表現(xiàn)出完全不同的規(guī)律。其中,對于有些合金,如Pb-Sb90、Pb-Bi70,熔體狀態(tài)的改變而細化組織的作用,隨冷卻速率的增大而有所加強;而對另一些合金,如Pb-Sb30,熔體狀態(tài)改變而細化組織的作用,卻隨冷卻速率的增大而有所減弱。雖然目前無法對此現(xiàn)象給出滿意的理論解釋,但冷速與熔體狀態(tài)對組織細化的交互作用與其對凝固過冷度作用規(guī)律的不一致性,卻提示人們,凝固過冷度并非凝固組織細化程度的唯一因素。

6、r>　　4、金相組織檢驗及SEM所展示的組織形貌和X-射線衍射所揭示的結晶學取向結果表明,熔體狀態(tài)與冷卻速率均會影響像Sb這類半金屬初生相的晶體生長方式,即熔體狀態(tài)的改變或冷卻速率的增大,使得晶體由小平面而逐步轉化為非小平面生長方式,同時晶體形貌由外緣棱角分明的塊體或枝晶,逐步轉化為外緣圓鈍的枝晶。換言之,二者均可減弱晶體生長過程的結晶學各向異性,而且它們的交互作用使其效果更佳顯著。
　　5、分析認為,熔體發(fā)生結構轉變而狀態(tài)改變,