偏晶点成分合金凝固及电脉冲对偏晶合金凝固过程影响

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如果能将偏晶合金制成弥散型复合材料,则其中许多具有优异的特性和重要的工业用途。但由于该类合金凝固时存在液-液相变过程,易于形成两相分离的组织。这限制了它们的制备和应用,也为其凝固过程研究带来很大困难。本文将以具有偏晶点成分的Al-Bi合金为对象,研究偏晶点成分合金的凝固行为,为理解过偏晶合金凝固组织形成规律奠定基础。考虑到电脉冲处理技术能显著影响金属的凝固组织,但迄今为止有关脉冲电流对偏晶合金凝固的影响尚很少研究,本文以Al-5wt%Pb合金为对象,研究脉冲电流作用下偏晶合金的凝固行为。具体工作如下:  对Al-Bi偏晶点成分合金开展了逆重力方向的定向凝固实验,考察了凝固速度对合金凝固组织的影响,分析了合金凝固组织形成过程。结果表明:Al-Bi偏晶点成分合金定向凝固时在固-液界面处发生溶质再分配,在凝固界面前沿液相内形成溶质富集层,并发生液-液相变,少量相液滴在Marangoni迁移、Stokes沉积和试样自身下拉运动共同作用下进行空间迁移,当凝固速度较快时,凝固界面前沿所有尺寸的少量相液滴均向凝固界面迁移,合金凝固后少量相粒子尺寸呈现单峰分布,少量相粒子平均尺寸随凝固速度V0近似呈∝V0-1/2指数关系变化;当试样凝固速度较慢时,部分少量相液滴在长大过程中其合速度方向按:指向凝固界面-背离凝固界面-再指向凝固界面顺序随液滴尺寸变化,合金凝固后少量相粒子尺寸分布呈现两个峰,随着凝固速度的下降,少量相粒子平均尺寸与凝固速度V0间的关系向∝V0-1/3指数关系趋近。  开展了脉冲电流作用下Al-5wt%Pb偏晶合金快速定向/连续凝固实验研究,考察了电脉冲作用下峰值电压(峰值电流密度)、脉冲频率及电容对偏晶合金连续凝固组织演变的影响,结果表明,脉冲电流能够明显粗化Al-5wt%Pb偏晶合金凝固组织中的第二相粒子,脉冲电流对偏晶合金凝固过程的影响主要是由于脉冲电流能够增加弥散相液滴的形核能垒,降低少量相液滴的形核速率。
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