梯度強磁場下Al-Si合金凝固的研究.pdf

1、本文以Al-Si過共晶合金為研究對象,研究Al-18﹪Si和Al-20﹪Si合金在梯度強磁場下的凝固行為,重點考察在梯度強磁場下初晶硅的分布和形態(tài)的變化.實驗采用一套圓柱形超導強磁體裝置,最強處的磁感應強度為10T.實驗首先測定了10T超導強磁場的磁場強度B<,z>和表征磁場磁化力大小的參數(shù)B<,z>·dB<,z>/dz.測量結果為:磁場中心的B<,z>最大,但B<,z>·dB<,z>/dz很小,近似等于零;隨著偏離磁場中心距離的增加,

2、B<,z>·dB<,z>/dz的絕對值逐漸增大;在距離磁場中心分別為-8cm和+8cm處取得極大值和極小值,分別為+400T<'2>/m和-400T<'2>/m;然后隨著距離的增加,B<,z>·dB<,z>/dz的絕對值逐漸開始減小,在遠離磁場中心超過±23cm后趨向于零.然后,將合金分別加熱至半固態(tài)和全熔態(tài)恒溫一定時間,在梯度強磁場下以一定速度冷卻凝固.對凝固試樣的宏觀組織和微觀組織用金相、SEM、XRD進行了觀察,并對初晶硅的尺寸和

3、分布進行了定量金相分析.考察了磁場的B<,z>·dB<,z>/dz參數(shù)和冷卻速度或一定溫度下保溫時間對初晶硅組織的影響規(guī)律.結果表明,在梯度強磁場下Al-Si過共晶合金中初晶Si將發(fā)生偏聚,偏聚方向取決于磁場的磁化力參數(shù)B<,z>·dB<,z>/dz的正負值.初晶Si偏聚量隨B<,z>·dB<,z>/dz的增大而增大,在B<,z>·dB<,z>/dz為50T<'2>/m至100T<'2>/m之間,偏聚量迅速增加,隨后增幅減緩;對于半固態(tài)

4、和全熔態(tài)凝固實驗,在400T<'2>/m時偏聚量都可達到70﹪左右.實驗發(fā)現(xiàn),強磁場明顯細化偏聚初晶硅,使其由粗大板條狀變?yōu)樾K狀.并在試樣的偏聚區(qū)內形成上下兩個部分,下部的硅晶粒尺寸明顯小于上部的.硅晶粒尺寸隨施加磁場的參數(shù)B<,z>·dB<,z>/dz的增加而減小,平均晶粒直徑分別由50T<'2>/m時的0.18mm和0.15mm減小為400T<'2>/m時的0.12mm和0.04mm.最后,根據(jù)磁化原理計算了半固態(tài)下Si在梯度磁場