深過冷Co-Sn共晶合金及其含少量第三組元的凝固.pdf

1、利用熔融玻璃凈化和循環(huán)過熱相結(jié)合的方法對Co-24at％Sn共晶合金，Co-20at％Sn亞共晶合金和Co-28at％Sn過共晶合金以及添加少量第三組元Mn、sb后的Co-24at％Sn共晶合金進(jìn)行了過冷凝固實(shí)驗(yàn)。利用高速紅外測溫儀對熔化和凝固過程中的溫度變化進(jìn)行了監(jiān)測，并采用雙探頭方法測定了不同過冷度下凝固時(shí)的晶體生長速度。利用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡對凝固后試樣的宏觀與微觀組織進(jìn)行了觀察，采用電子背散射衍射技術(shù)分析了異常共晶組織中共晶兩

2、相α-Co和β-Co3Sn2晶粒的位向情況。在假設(shè)過冷熔體中共晶凝固界面以旋轉(zhuǎn)拋物面枝晶生長，且第三組元加入不產(chǎn)生新相的前提下，建立了含少量第三組元過冷共晶合金凝固的理論模型。對過冷共晶合金凝固界面形態(tài)、凝固組織形成機(jī)制等進(jìn)行了深入分析。
　　 隨第三組元加入量的增大，共晶枝晶的尖端半徑減小。第三組元的加入量小于某一臨界值時(shí)，較小過冷度下共晶生長速度因第三組元的加入而增大，大過冷度下則因第三組元的加入而減小。第三組元的加入量超過

3、臨界值時(shí)，共晶生長速度恒變小。共晶層片(棒)間距在第三組元加入后的變化與生長速度正好相反。第三組元在共晶兩相中的溶質(zhì)再分配系數(shù)相差大時(shí)，第三組元加入對共晶生長的影響增大。
　　 Co-24at％Sn共晶合金的凝固組織，在過冷度小于20 K時(shí)全部由層片共晶組成。在更高的過冷度下由異常共晶和層片共晶組成，且隨著過冷度的增大，異常共晶逐漸增多。所有過冷度下異常共晶中的兩相晶粒均是隨機(jī)取向分布，表明快速凝固階段共晶兩相以耦合方式生長，只

4、是由于溫度再輝初生層片共晶發(fā)生了重熔分解與熟化。
　　 在所研究的過冷度范圍內(nèi)，Co-24at％Sn共晶凝固界面以海藻狀方式生長，其原因是耦合生長時(shí)共晶兩相的固液界面能各向異性均較低，加之共晶界面分裂后的尖端半徑遠(yuǎn)大于共晶層片間距，使得共晶凝固界面的有效界面能各向異性進(jìn)一步降低。過冷度較低時(shí)，Co-24at％Sn共晶凝固界面為分形海藻狀，而當(dāng)過冷度達(dá)到175 K后，界面形貌轉(zhuǎn)變?yōu)槊芗Ｔ鍫睿殡S有生長速度的快速上升。
　

5、　 少量Mn和Sb的添加顯著改變過冷Co-24at％Sn共晶合金的凝固行為。Mn的添加增大共晶凝固界面的界面能及其各向異性，導(dǎo)致小過冷度下共晶凝固界面由海藻狀轉(zhuǎn)變?yōu)闃渲?，并使中等過冷度下分形海藻向高過冷度下密集海藻轉(zhuǎn)變的臨界過冷度增加至182 K，但Mn對共晶生長速度的影響較小，尤其在過冷度較低時(shí)。與Mn不同，Sb的添加主要影響共晶生長速度，使低過冷度下的生長速度上升，高過冷度下的生長速度降低，但Sb對共晶凝固界面形態(tài)影響較小。