磁場對鑄態(tài)鋁基二元合金晶體學(xué)和微觀組織的影響.pdf

1、本文在無磁場和強磁場下以非定向的方式凝固了過共晶Al-3.31wt.％Fe、過包晶Al-1.36wt.％Zr和過共晶Al-95.54wt.％Zn合金，在無磁場和普通直流磁場下半連續(xù)鑄造了勻晶Al-9.8wt％Zn和亞共晶Al-0.24wt％Fe合金。從實驗和理論的角度，充分利用EBSD(Electron Backscattered Diffraction)技術(shù)詳細(xì)研究了磁場對這些合金的晶體學(xué)和微觀組織的影響。
　　無磁場時，分別考

2、察了在Al-3.31 wt.％Fe、Al-1.36wt.％Zr和Al-95.54wt.％Zn合金凝固中形成的初生Al3Fe、Al3Zr和αZn固溶體相的晶體學(xué)特征。對于初生Al3Fe晶體，它們呈棒狀并且擁有兩個晶體學(xué)擇優(yōu)延伸方向（<010>或<011>）。在這些晶體中還發(fā)現(xiàn)了混合型和Ⅰ型孿晶（本文已經(jīng)確定了它們的完整孿生要素）。Ⅰ型孿晶的形成使晶體發(fā)生了彎曲。此外，初生Al3Fe晶體具有單斜或三斜柱的形貌。對于單斜柱，在延伸方向上其晶體

3、學(xué)面確定為(100)和(001);而對于三斜柱，包裹它的晶體學(xué)面為{001}，{101｝和{111}。孿晶的形成與在晶體生長過程中暴露于熔體中的這些小面可能發(fā)生的層錯有關(guān)。對于初生Al3Zr晶體，它們呈層片狀并顯示出兩種形狀的縱截面:八邊形（小尺寸）和四邊形（大尺寸）。其中，包裹小尺寸初生晶體的晶體學(xué)面為{001}，{101}和{111}，而包裹大尺寸的只有{001}和{101}。此外，還在枝晶狀的晶體中發(fā)現(xiàn)了含有兩個變體的混合型孿晶（

4、本文已經(jīng)確定了它們的完整孿生要素）。片狀形貌是由{001}面的低粗糙度導(dǎo)致的低遷移速率所引起的，而大尺寸晶體中的{111}面的消失則是由其高粗糙度所導(dǎo)致的高遷移率所造成的。孿晶的形成是點陣切變加上局部原子層錯并伴隨局部原子重置的結(jié)果。對于初生αZn固溶體晶體，它們呈枝晶狀，并且是由一個沿<0001>方向生長的短主干軸和沿<10-10>方向生長的六個長二次枝晶臂構(gòu)成。其枝晶形貌的形成與固液界面能各向異性有關(guān)。
　　施加磁場對以上三種

5、初生相的晶體學(xué)特點影響很小，但對它們的析出行為卻產(chǎn)生了重要影響。勻強磁場通過誘發(fā)的磁粘滯阻力趨于消除初生Al3Fe晶體的重力偏析，而正梯度磁場則通過誘發(fā)的磁化力使它們朝磁感應(yīng)強度最大位置的方向發(fā)生了遷移并在試樣的另一端形成了新的偏析。然而，對于初生Al3Zr晶體，由于其密度很大，磁場誘發(fā)的磁化力不足以阻礙其下沉，因此它們的分布受磁場的影響很小-大部分聚集在樣品的下部。由磁各向異性所誘發(fā)的磁力矩趨于使順磁性初生Al3Fe和位于沉積層中的A

6、l3Zr晶體發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而在磁場方向上形成強烈的擇優(yōu)晶體學(xué)取向。然而，長棒和枝晶狀的Al3Zr晶體則分別會受到重力和枝晶與主干擇優(yōu)取向不一致的干擾。此外，磁場還能夠直接或間接地誘發(fā)初生Al3Fe晶體的軸向分叉、橫向裂紋及形核數(shù)的增加。其中，分又是熱電磁力誘發(fā)的，裂紋是Al3Fe晶體與Al基體之間的收縮系數(shù)差造成的，形核數(shù)的增加則與晶體分離、磁化能和溶質(zhì)擴散的抑制有關(guān)。對于沉積層中的初生Al3Zr晶體，鋯元素含量的增加弱化了它們在磁場方向

7、上的排列趨勢，這是由于晶體析出量的增加導(dǎo)致了它們之間的相互作用。對于初生αZn固溶體相，它們在磁場中的分布規(guī)律類似于初生Al3Fe相，而排列規(guī)律類似于初生Al3Zr相。在勻強磁場下，它們趨于在樣品中均勻分布并且以長軸平行于磁場方向的排列。但是，初生αZn固溶體相的晶體學(xué)取向規(guī)律與前兩者不同-沒有確切的晶體學(xué)方向出現(xiàn)在磁場方向上，但其<0001>總是垂直于磁場方向（它們在垂直于磁場方向的面上任意取向），這與Zn的抗磁性質(zhì)有關(guān)。
　　

8、在半連續(xù)鑄造過程中，普通直流磁場把Al-9.8wt％Zn合金中由等軸晶和柱狀晶構(gòu)成的組織轉(zhuǎn)變成羽毛狀晶，而把Al-0.24wt.％Fe合金中的柱狀晶轉(zhuǎn)變成層片狀孿晶。此外，這兩種組織轉(zhuǎn)變均伴隨著生長方向從<100>到<110>的改變，從而在兩種合金中形成了強烈的晶體學(xué)織構(gòu)和CSLΣ3晶界。這些現(xiàn)象與磁場所誘發(fā)的Lorentz力所造成的固液界面凝固條件的改變有關(guān)。
　　本文考察了在鋁合金凝固過程中施加磁場后其對合金的晶體學(xué)和微觀組織