亞共晶鋁銅合金凝固組織演變及其形貌形成機理的同步輻射研究.pdf

1、微觀組織控制是獲得高質(zhì)量、低缺陷鑄件的關鍵所在，特別是對于具有復雜結構（比如變截面、T型結構、薄壁結構）的大型復雜薄壁件尤為重要。眾所周知，熱場、溶質(zhì)場以及流場的分布是凝固微觀組織形成的關鍵因素。
　　本文基于熱與質(zhì)對合金結晶的影響，采用同步輻射方法研究凝固微觀組織和多場分布的關系。結果顯示了Al-Cu合金中的一種新的雙胞晶生長模式，TiB2顆粒細化機理以及凝固過程中微觀組織形成的特征。
　　采用同步輻射成像技術和傳統(tǒng)的電子

2、背散射衍射（EBSD）技術研究了亞共晶 Al-Cu合金中的枝晶形態(tài)及樹枝雙胞晶的生長位相。實驗結果表明，新型雙胞晶空間結構為二維結構，二次枝晶臂與主干成垂直生長。雙胞晶形態(tài)可以等軸枝晶、柱狀枝晶或與正常枝晶臂共存等形式存在。EBSD結果表明，樹枝雙胞晶尖端和二次枝晶臂的生長方向分別為<110>和<001>。樹枝雙胞晶的形成幾率強烈地依賴于Cu濃度。隨著合金濃度的逐步提高，雙胞晶出現(xiàn)幾率逐步提高，并在Al-20 wt％Cu時達到最高值。根

3、據(jù)實驗數(shù)據(jù)和理論計算的結果，修正了亞共晶 Al-Cu合金動力學晶體生長形貌圖，確定樹枝雙胞晶為分形枝晶和密集枝晶之間的過渡形態(tài)。
　　利用同步輻射成像技術研究了上述所提到的特征結構中亞共晶Al-Cu合金微觀組織的演化過程。根據(jù)成像照片呈現(xiàn)的吸收襯度差異與成像的時間相關性，分析了溫度場、溶質(zhì)場和流場對凝固組織演變的影響規(guī)律。結果表明，對于凝固空間存在空間結構變化的變截面結構和T型結構，生長界面前沿溫度分布呈明顯的結構相關性。不同的結

4、構導致不同的溶質(zhì)富集區(qū)域和熔體流動狀態(tài)，從而造成不同的凝固順序和組織特點。對于薄壁結構而言，壁厚是凝固組織演變的關鍵影響因素，提升澆注溫度和鑄模溫度對改善薄壁結構的充填與補縮作用不大。冷卻速度隨壁厚減小而增加，等軸晶粒均勻度隨壁厚減小而減小。
　　為了進一步分析細化凝固組織對均衡組織的影響因素，本文利用X射線小角散射（SAXS）研究了添加TiB2顆粒對Al-15 wt% Cu熔體結構的影響。研究結果表明，Al-Cu熔體中的團聚體表

5、現(xiàn)為質(zhì)量分形特征，且呈現(xiàn)松散的三維團絮狀空間結構。在熔點到800℃范圍內(nèi)，TiB2顆粒的加入能夠破壞這種空間網(wǎng)鏈狀結構，大幅減小熔體團聚體的尺寸。同時，同步輻射成像結果表明，TiB2細化劑的加入，可以很好細化凝固組織，消除溶質(zhì)富集造成的大面積共晶，有效改變凝固區(qū)域的溶質(zhì)和流場分布，提高凝固組織的均衡性。
　　綜上所述，本文對亞共晶 Al-Cu合金枝晶形態(tài)轉(zhuǎn)變機制，特征結構處凝固組織演化規(guī)律以及細化劑抑制結構效應作用機理的研究，為調(diào)