高溫度梯度定向凝固Al-In和Cu-Pb合金組織演化.pdf

1、本文選擇典型的Al-In和Cu-Pb偏晶合金作為研究對象，研究了在定向凝固工藝條件下微觀組織的轉變過程并對其進行了理論分析，同時采用相場法模擬了偏晶合金微觀組織演化過程。
　　在高溫度梯度下對Al-In偏晶合金進行定向凝固，考察了不同凝固速度、化學成分以及第三組元對偏晶合金凝固組織的影響，獲得了定向凝固條件下微觀組織的演化規(guī)律，即在固定的溫度梯度下，隨著抽拉速度的增大，第二相形態(tài)演化的過程依次為：規(guī)則的纖維狀，發(fā)生頸縮的紡錘狀，粗

2、化的球狀，均勻彌散分布于基體中。纖維間距隨著凝固速度的增大而減小，隨著溫度梯度的增大，纖維狀向球狀轉變的臨界速度相應增大。
　　在Cu-Pb亞偏晶成分范圍內進行定向凝固時，組織呈現枝晶的形貌，當鉛含量增加時，組織由枝晶向不規(guī)則的棒狀組織轉變。隨著鉛含量的增大，組織由枝晶向不規(guī)則的棒狀組織轉變所需要的凝固速度減小。在Cu-Pb過偏晶成分范圍內進行定向凝固時，抽拉速度和鉛含量較低時，容易形成拉長的粒子狀第二相，而后隨著抽拉速度的進一步

3、增加向不規(guī)則的棒狀第二相轉變。而抽拉速度較低和鉛含量較高的時候形成帶狀組織，隨著抽拉速度的進一步提高組織會由帶狀向拉長的粒子狀組織轉變。在偏晶點附近形成不規(guī)則的棒狀復合組織的鉛含量隨著凝固速度的增加而增大。
　　基于共晶理論模型考慮生成相密度的不同對凝固界面前沿溶質場進行求解，在此基礎上對過冷度計算，進而進行偏晶合金定向凝固中第二相纖維球化以及規(guī)則第二相纖維與非規(guī)則第二相纖維之間轉變的理論預測，綜合考慮了界面能、第二相體積分數以及

4、液相線斜率對偏晶合金定向凝固組織的影響因素的情況下，對偏晶合金定向凝固規(guī)則與非規(guī)則第二相纖維轉變提出一個新的判據。并利用此判據對五種典型的偏晶合金系進行計算，所獲得預測結果與實驗觀察的第二相纖維規(guī)則情況吻合較好。通過對沿著規(guī)則L2相纖維表面成正弦分布的擾動進行分析，以在纖維表面擾動幅度達到R0時所需要的時間tp小于試樣在凝固界面以下TM到共晶反應溫度TE之間運動時間t為臨界條件，推導出纖維狀的第二相可以發(fā)生頸縮，從而導致球化的判據。

5、r>　　采用計算效率和計算精度較高的Fourier變換譜分析方法求解Cahn-Hilliard相場方程，對Cu-Pb過偏晶合金液相分離過程中液滴生長和Ostwald熟化進行模擬，研究了第二相液滴擴散長大過程，同時耦合Navier-Stokes方程計算了流動對Cu-Pb過偏晶合金的液相分離過程中液滴生長過程的影響。研究表明在過飽和基體中，單個第二相液滴生長的擴散過程主要是系統(tǒng)自由能作用的結果，液滴半徑的長大速率與經典的Zener理論吻合良

6、好。計算區(qū)域中多個第二相液滴粗化后液滴半徑的分布情況，與LSW解析理論吻合較好。第二相液滴在生長過程中，除了擴散生長、Ostwald熟化以外，還受到定向凝固溫度場中溫度梯度的作用，產生Marangoni運動，在Marangoni力的驅動下，液滴向溫度高的區(qū)域發(fā)生移動，在隨后的凝固過程中，由于不同半徑的液滴之間受到Marangoni力的大小不同，移動速度也不同，導致各種半徑大小的液滴之間發(fā)生碰撞，從而加速了液滴半徑粗化的進程，使液滴半徑尺

7、寸沿著溫度梯度方向逐漸的增加。
　　干摩擦條件下定向凝固Cu-Pb金屬基自潤滑復合材料的摩擦系數隨固體潤滑劑體積分數的增加而下降，減摩自潤滑效果逐漸提高。銅鉛自潤滑材料在含油的狀態(tài)下，形成了一種復合潤滑體制，具有很強的吸油能力，能形成高效能的膠體油鉛混合液態(tài)薄膜。由于摩擦接觸表面間油膜的存在，減輕了微凸凹體的接觸及表面間元素傳遞過程，降低了摩擦系數。由于定向凝固工藝方法使得第二相更加的均勻，因此定向凝固制備的銅鉛自潤滑材料普遍比熔