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《定向凝固sn_ni包晶合金糊狀區(qū)熔化與凝固行為.doc》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、ClassifiedIndex:TG111.4;113.12U.D.C:67.80.bf,68.35.bdDissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringMELTINGANDSOLIDIFICATIONBEHAVIOURINTHEMUSHYZONEOFDIRECTIONALLYSOLIDIFIEDSn-NiPERITECTICALLOYCandidate：PengpengSupervisor：AcademicianFuHengzhiAssociatedSupervisor：Prof.GuoJing
2、jieAssistanceSupervisor：AssociateProf.LiXinzhongAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：2013.6DegreeConferringInstitution：HarbinInstituteofTechnology摘要-I-摘要本文以初生相N
3、i3Sn2和包晶相Ni3Sn4均為具有小固溶度有序金屬間化合物的Sn-Ni包晶合金(L+Ni3Sn2?Ni3Sn4)為研究對象，采用Bridgman法定向凝固工藝研究其在高溫度梯度下靜態(tài)糊狀區(qū)與動態(tài)糊狀區(qū)內(nèi)的熔化與凝固行為及其對凝固組織的影響規(guī)律。在定向凝固Sn-36at.%Ni包晶合金的靜置熱穩(wěn)定處理過程中，在未熔固相區(qū)與完全液相區(qū)間，形成對應(yīng)一定凝固區(qū)間的固液共存的靜態(tài)糊狀區(qū)。此靜態(tài)糊狀區(qū)可分為初生相靜態(tài)糊狀區(qū)與包晶相靜態(tài)糊狀區(qū)，前者與完全液相區(qū)之間界面為定向凝固初始固/液界面。隨靜置熱穩(wěn)定處理時間的延長，糊狀區(qū)內(nèi)液相體積分?jǐn)?shù)逐漸減小
4、，固相沿溫度梯度方向排列；同時，初始固/液界面下移至低溫位置且逐漸平直。而包晶反應(yīng)溫度TP處的初生相靜態(tài)糊狀區(qū)/包晶相靜態(tài)糊狀區(qū)界面出現(xiàn)“平滑”→“曲折”→“平滑”的轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。這是因為溫度梯度的存在會引起溫度梯度區(qū)域熔化效應(yīng)(TGZM：Temperaturegradientzonemelting)，引起糊狀區(qū)內(nèi)不同位置發(fā)生熔化或凝固現(xiàn)象?；谫|(zhì)量守恒定理，計算了靜置熱穩(wěn)定處理過程中Sn-36at.%Ni包晶合金初始固/液界面前沿完全液相區(qū)中的溶質(zhì)濃度。與其他合金系的對比表明：Sn-Ni包晶合金具有較大的凝固區(qū)間及初生相/包晶相與液相溶質(zhì)濃
5、度差，所以完全液相區(qū)的溶質(zhì)濃度與合金初始濃度差異較大。相比將包晶兩相設(shè)為完全無固溶度的金屬間化合物，當(dāng)考慮初生相與包晶相的固溶度時，完全液相區(qū)的溶質(zhì)濃度與合金初始濃度差異較小，更符合實際情況。此外，靜置熱穩(wěn)定處理過程中，在固/液界面前沿液相中發(fā)現(xiàn)Ni原子的貧乏區(qū)，由于溶質(zhì)對流的影響，隨著靜置熱穩(wěn)定處理時間的增加，此貧乏區(qū)逐漸消失，固/液界面前沿液相溶質(zhì)分布更加均勻。研究了不同靜置熱穩(wěn)定處理時間對定向凝固Sn-36at.%Ni包晶合金后續(xù)定向凝固組織的影響。在常用的靜置熱穩(wěn)定處理時間范圍內(nèi)，Sn-36at.%Ni包晶合金，定向凝固初始固/液
6、界面均為非平界面，定向凝固包晶合金中各相的凝固順序及生長機(jī)制也未發(fā)生改變。生長速度為v=1μm/s時，Ni/Sn原子的貧化/富集程度越大，越容易長成枝晶形態(tài)，即生長過程的有序程度增大。而v=10μm/s時，Ni/Sn原子的貧化/富集程度越大，越容易長成發(fā)達(dá)枝晶形態(tài)，即生長過程的無序程度增大。在定向凝固Sn-36at.%Ni包晶合金動態(tài)糊狀區(qū)凝固組織中觀察到了明顯的哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文-II-二次枝晶粗化現(xiàn)象，同時發(fā)現(xiàn)包晶反應(yīng)明顯抑制了粗化過程。為了解釋此現(xiàn)象，提出了耦合包晶反應(yīng)與Gibbs-Thomson效應(yīng)的二次枝晶粗化模型，
7、并進(jìn)行了合理解釋。利用二次枝晶間距(λ2)與枝晶比表面積(SV)表征了動態(tài)糊狀區(qū)內(nèi)的粗化過程，而且通過上述表征參數(shù)也可確定實際凝固過程中的包晶反應(yīng)程度。通過模型計算結(jié)果與實驗結(jié)果比較可知：比表面積SV較之λ2更適合作為表征參數(shù)。在定向凝固Sn-36at.%Ni包晶合金動態(tài)糊狀區(qū)內(nèi)也觀察到由溫度梯度引起的TGZM效應(yīng)導(dǎo)致的二次枝晶臂上的熔化/凝固現(xiàn)象；而且發(fā)現(xiàn)當(dāng)存在三次枝晶臂時，在兩二次枝晶臂間液相上方二次臂上發(fā)現(xiàn)一“鋸齒狀”形貌。提出了描述三次枝晶臂存在時二次枝晶臂上的熔化/凝固模型，可很好的表征三次枝晶臂對二次枝晶臂遷移的影響。同時發(fā)現(xiàn)
8、包晶反應(yīng)越完全，這種“鋸齒狀”形貌越明顯。針對定向凝固包晶合金動態(tài)糊狀區(qū)內(nèi)的“分離式包晶反應(yīng)”現(xiàn)象，提出了耦合包晶反應(yīng)、Gibbs-Thomson效應(yīng)及TGZM效應(yīng)的分離式包晶反應(yīng)動力學(xué)模型。
