深過冷Ni-Sn合金的組織演化及非規(guī)則共晶的形成.pdf

1、本文以Ni-Sn共晶合金為研究對(duì)象，采用熔融玻璃凈化并結(jié)合循環(huán)過熱方法獲得深過冷，系統(tǒng)研究了該合金凝固組織隨過冷度的演化規(guī)律及深過冷熔體中非規(guī)則共晶的形成機(jī)制。采用光學(xué)顯微鏡和SEM手段觀察了凝固組織中非規(guī)則共晶的形貌及分布。結(jié)合經(jīng)典形核理論和瞬態(tài)形核理論，系統(tǒng)分析了過冷熔體中α(Ni)相和Ni3Sn相的競爭形核。采用BCT/LKT模型描述了過冷熔體中α(Ni)相和Ni3Sn相的生長行為。采用無量綱過熱度模型分析了枝晶熔斷的規(guī)律。在此基

2、礎(chǔ)上闡明了非規(guī)則共晶的形成機(jī)制。將亞共晶Ni-27.5wt﹪Sn、Ni-30wt﹪Sn，共晶Ni-32.5wt﹪Sn，過共晶Ni-35wt﹪Sn的組織演化規(guī)律在Ni-Sn共晶相圖中表示出來，并與計(jì)算所得的亞穩(wěn)液相線所組成的共生生長區(qū)相對(duì)照，得到Ni-Sn共晶合金凝固組織形態(tài)選擇圖。本文的主要結(jié)論如下： (1)Ni-32.5wt﹪Sn共晶合金凝固組織中非規(guī)則共晶出現(xiàn)的臨界過冷度為65K，隨著過冷度的增大，非規(guī)則共晶在凝固組織中所占

3、的體積分?jǐn)?shù)也越來越大，當(dāng)過冷度大于140K時(shí)，凝固組織為完全的非規(guī)則共晶。 (2)經(jīng)典形核理論和瞬態(tài)形核理論的計(jì)算均表明，在α(Ni)相和Ni3Sn相的競爭形核當(dāng)中，α(Ni)相具有比Ni3Sn相更低的形核功和更大的形核率，以及更短的形核孕育時(shí)間。這些計(jì)算結(jié)果說明α(Ni)相在與Ni3Sn相的競爭形核中必將勝出，并作為初生相首先形核和長大。 (3)采用BCT/LKT模型對(duì)α(Ni)相和Ni3Sn相的競爭生長進(jìn)行了分析。當(dāng)

4、過冷度大于某一臨界值時(shí)，α(Ni)相的生長速度將大于Ni3Sn相的生長速度。隨著過冷度的繼續(xù)增大，α(Ni)相的生長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Ni3Sn相。它表明，深過冷條件下，α(Ni)相將作為初生相率先長入過冷熔體，并形成枝晶骨架。 (5)采用無量綱過熱度模型計(jì)算了α(Ni)相無量綱過熱度隨熔體過冷度的變化。計(jì)算結(jié)果表明，當(dāng)過冷度大于65K時(shí)，由于α(Ni)相生長所導(dǎo)致的無量綱過熱度一直保持在一個(gè)很高的水平，它導(dǎo)致初生α(Ni)枝晶在再輝

5、中的熔斷。 (5)綜合形核、生長、熔斷等方面的理論分析，得出非規(guī)則共晶的形成機(jī)制是：在深過冷Ni-32.5wt﹪Sn熔體中，α(Ni)相率先形核并長大，形成枝晶骨架，由于結(jié)晶潛熱釋放引起的再輝，α(Ni)枝晶最終熔斷并被隨后生長出來的Ni3Sn相包圍，形成非規(guī)則共晶。通過SEM分析和快淬實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)本文中所得出的結(jié)論與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。 (6)通過對(duì)亞共晶Ni-27.5wt﹪Sn、Ni-30wt﹪Sn，共晶Ni-32.5wt﹪

6、Sn，過共晶Ni-35wt﹪Sn等幾個(gè)成分點(diǎn)的深過冷實(shí)驗(yàn)，得到各成分點(diǎn)凝固組織隨過冷度變化的演化規(guī)律。通過對(duì)亞穩(wěn)液相線的計(jì)算，得到相圖中的共生生長區(qū)。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果相對(duì)照，得出Ni-Sn合金的凝固組織形態(tài)選擇規(guī)律。當(dāng)過冷熔體的凝固發(fā)生在亞穩(wěn)液相線以上的區(qū)域時(shí)，得到的凝固組織是初生相枝晶+共晶。而當(dāng)過冷熔體在亞穩(wěn)液相線以下區(qū)域凝固時(shí)，所得到的凝固組織為100﹪的共晶。隨著過冷度的增大將出現(xiàn)非規(guī)則共晶，最終當(dāng)過冷度大于某一臨界值時(shí)，得