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《非平衡凝固Ni-Sn反常共晶生長機理研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、國內(nèi)圖書分類號：TN249西北工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文非平衡凝固Ni-Sn反常共晶生長機理研究博士研究生：曹永青導(dǎo)師：林鑫教授申請學(xué)位級別：工學(xué)博士學(xué)科、專業(yè)：材料加工工程所在單位：材料學(xué)院答辯日期：2017年03月授予學(xué)位單位：西北工業(yè)大學(xué)Classifiedindex：TN249DissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophyGrowthmechanismofNi-Snanomalouseutecticduringnon-equilibrium
2、solidificationPh.DCandidate：CAOYongqingAdvisor：ProfessorLINXinDegreeAppliedfor：DoctorofPhilosophySpeciality：MaterialsProcessingEngineeringSchool：MaterialsScienceandEngineeringDateofOralDefence：March,2017UniversityConferringDegree：NorthwesternPolytechnicalUniversity摘要摘要共晶凝固是一類十分重要的液-固相變過程而被廣泛
3、研究。共晶材料的性能在很大程度上取決于共晶結(jié)構(gòu)的規(guī)則程度、特征尺度及共晶組成相的取向?，F(xiàn)有的研究顯示，在非平衡快速凝固條件下，即使是規(guī)則共晶體系，也可能會發(fā)生由規(guī)則層片/棒狀共晶生長向非規(guī)則反常共晶生長的轉(zhuǎn)變。但是，目前關(guān)于反常共晶的形成機理還存在諸多爭議。為此，本文針對目前研究比較廣泛，物性參數(shù)比較齊全的Ni-Sn共晶合金，采用具有較低凝固速率的鑄造方法、粉末霧化急冷快速自由凝固、塊體和粉末床激光熔凝快速凝固方法，對比研究了共晶合金從近平衡到快速非平衡凝固過程中的共晶組織演化行為及其相選擇機制。本文的主要研究內(nèi)容及取得的結(jié)果如下：(1)明確了Ni-Sn反常共晶組織形成的充分必
4、要條件揭示了Ni-Sn共晶合金在鑄態(tài)，粉末霧化急冷自由凝固和粉末床激光重熔快速凝固過程中Ni-Sn反常共晶的凝固行為。發(fā)現(xiàn)不同凝固條件下的Ni-Sn反常共晶組織可歸結(jié)為兩類：一種是球團(tuán)狀的反常共晶，一種是網(wǎng)絡(luò)帶狀的反常共晶。這兩種反常共晶組織不但形態(tài)上明顯不同，而且層片共晶與反常共晶的生長順序也不同，主要取決于兩種凝固方式中是形核競爭還是生長競爭占主導(dǎo)。形核競爭占主導(dǎo)有利于球團(tuán)狀反常共晶組織的形成；生長競爭占主導(dǎo)有利于網(wǎng)絡(luò)帶狀反常共晶組織的形成。總體來說，共晶兩相自由形核+快速凝固是產(chǎn)生反常共晶的充分必要條件。(2)揭示了Ni-Sn共晶合金兩相的競爭及組織演化行為通過對Ni-3
5、0wt.%Sn亞共晶、Ni-32.5wt.%Sn共晶和Ni-33wt.%Sn過共晶合金粉末床在不同的掃描速率和激光功率下進(jìn)行激光重熔，發(fā)現(xiàn)在低掃描速率下，三種成分的Ni-Sn共晶合金粉末床經(jīng)一次激光重熔后熔池頂部均為規(guī)則層片共晶組織，熔池中部由初生α-Ni枝晶(Ni-30wt.%Sn亞共晶)或者Ni3Sn枝晶(Ni-33wt.%Sn過共晶)和枝晶間規(guī)則層片/棒狀共晶組成，熔池底部為近球形的初生α-Ni相(Ni-30wt.%Sn亞共晶和Ni-32.5wt.%Sn共晶)或者近球形的Ni3Sn相(Ni-33wt.%Sn過共晶)和帶狀反常共晶組織。隨著激光掃描速率的增大，熔池頂部由完全
6、的層片/棒狀共晶組織逐漸變?yōu)槌跎?枝晶間規(guī)則層片/棒狀共晶組織，熔池整體組織逐漸細(xì)化，熔池底部反常共晶組織逐漸減少，反常共晶區(qū)頂部相鄰的近球形初生α-Ni顆粒和Ni3Sn顆粒體積分?jǐn)?shù)隨著掃描速率的增大而逐漸遞減。隨著激光功率的增大，熔池中的組織整體粗化。利用描述枝晶生長的KGT模型和共晶生長的TMK模型分別計算了初生枝晶I西北工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文尖端和共晶界面溫度隨著生長速率的變化曲線——界面響應(yīng)函數(shù)，揭示了不同的激光掃描速率下Ni-Sn共晶合金粉末床激光重熔熔池頂部初生枝晶和層片共晶之間的競爭生長行為。通過對Ni-30wt.%Sn合金粉末床在激光掃描速率VS=1mm/s
7、和2mm/s時進(jìn)行激光一次與兩次重熔，明晰了粉末床激光重熔道次對激光熔池組織形成的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)在激光掃描速率VS=1mm/s時進(jìn)行第二次重熔的熔池底部存在一個帶狀反常區(qū)，而在激光掃描速率VS=2mm/s時進(jìn)行第二次重熔的熔池底部仍是規(guī)則層片共晶，指出了初生α-Ni枝晶臂的重熔在一定程度上會促進(jìn)反常共晶的形成。(3)明晰了反常共晶中共晶兩相的取向關(guān)系及其生長機理對于Ni-30wt.%Sn亞共晶粉末床激光重熔，熔池底部反常共晶區(qū)中的α-Ni顆?？梢愿鶕?jù)取向的不同分為兩大類：一種取向比較一致，主
