Sn-Pb-Bi及Pb-Bi-Sb熔體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變及其對凝固的作用.pdf

1、無論是常規(guī)冶金或鑄造，還是非晶、準(zhǔn)晶、納米晶等先進材料的制備，都牽涉到液-固轉(zhuǎn)變。人們意識到，作為母相的液體狀態(tài)對凝固所形成的固體材料的結(jié)構(gòu)和性能有重要影響。然而，由于對熔體狀態(tài)及其變化規(guī)律的了解與認(rèn)識的不足，過去控制凝固組織的各種熔體處理工藝參數(shù)的確定，往往需要憑經(jīng)驗或試探。另一方面，近年國內(nèi)外許多研究工作證實了熔體發(fā)生溫度誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的可能。但無論從學(xué)科發(fā)展還是實際工程應(yīng)用而言，對溫度誘導(dǎo)液液結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變領(lǐng)域現(xiàn)象學(xué)的積累和規(guī)律的探索，仍

2、有許多工作等待人們繼續(xù)開展。本文以上述兩方面領(lǐng)域的交叉為工作的切入點，選取了部分合金，首先通過其熔體結(jié)構(gòu)敏感性質(zhì)與溫度的關(guān)系對結(jié)構(gòu)狀態(tài)及其規(guī)律進行研究，而后基于所獲得的熔體狀態(tài)轉(zhuǎn)變信息，通過空冷自由凝固、定向凝固、恒溫半固態(tài)凝固等方法，探討了其對凝固過冷度、凝固時間、結(jié)晶潛熱、溶質(zhì)再分配等行為及最終組織的影響規(guī)律。主要結(jié)論及創(chuàng)新點如下：
　　 (1)利用直流四電極方法探索了Sn-1％Bi、Sn-6％Bi、Pb-6％Bi和Pb-7

3、.3％Sb合金在連續(xù)升、降溫過程中的電阻率-溫度行為。結(jié)果揭示，這些合金熔體升溫過程均發(fā)生了溫度誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。數(shù)據(jù)表明，Sn-1％Bi和Sn-6％Bi的熔體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變分為可逆和不可逆兩部分，而Pb-6％Bi及Pb-7.3％Sb合金的熔體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變則是完全不可逆的。分析認(rèn)為不可逆熔體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變主要是由熔體中Bi或Sb共價鍵原子團簇的分解造成的，可逆結(jié)構(gòu)變化主要與Sn原子團簇有關(guān)。
　　 (2)以空冷自由凝固實驗研究了Pb-6％Bi、Sn

4、-6％Bi合金熔體不可逆結(jié)構(gòu)變化對凝固的影響，結(jié)果表明熔體狀態(tài)變化之后的形核過冷度增加，凝固速率降低，凝固組織明顯細(xì)化；由牛頓熱分析法計算表明，熔體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變使得Pb-6％Bi合金凝固的潛熱增加，Sn-6％Bi合金凝固的潛熱減小。
　　 (3)能譜對定向凝固試樣不同高度橫截面進行微區(qū)點分析及宏觀面分析，并對其結(jié)果以ln(Cs/Co)=(kE-1)ln(1-fs)+N關(guān)系進行擬合求實際溶質(zhì)分配系數(shù)kE，證實Pb-6％Bi合金熔體結(jié)構(gòu)