微重力条件下Cu-Zr共晶合金的液固相变研究∗

陈克萍 吕鹏 王海鹏

(西北工业大学应用物理系,西安 710072)

(2016年10月31日收到;2016年11月28日收到修改稿)

微重力条件下Cu-Zr共晶合金的液固相变研究∗

陈克萍 吕鹏 王海鹏†

(西北工业大学应用物理系,西安 710072)

(2016年10月31日收到;2016年11月28日收到修改稿)

采用落管方法实现了液态Cu-10 w t.%Zr亚共晶、Cu-12.27 w t.%Zr共晶和Cu-15 w t.%Zr过共晶合金在微重力无容器条件下的快速共晶与枝晶生长.Cu-12.27 w t.%Zr共晶合金的凝固组织随液滴直径减小由层片规则共晶向不规则共晶转变,且层片间距减小;Cu-10 w t.%Zr亚共晶合金的初生(Cu)相随液滴直径减小由粗大树枝晶向棒状晶转变,且所占体积分数增加,部分区域形成花状凝固组织,(Cu)相枝晶辐射向外生长; Cu-15 w t.%Zr过共晶合金初生相则为金属间化合物Cu9Zr2相,呈条状生长,随液滴直径减小冷却速率增大,凝固组织由宏观弯曲生长向球状晶胞转变.理论计算表明,三个合金液固相变枝晶与共晶的生长均由溶质扩散控制.测定Cu-10 w t.%Zr亚共晶合金初生(Cu)相显微硬度随液滴直径减小而增大,三个合金的共晶相随合金初始成分增大而增大.

快速凝固,深过冷,共晶,微重力

1 引 言

共晶合金是自然界最为常见又十分重要的金属材料,其液固相变过程涉及两个固相从一个液相中竞争形核并协同生长,是凝聚态物理和材料物理领域的重要研究课题[1−7].平衡条件下,共晶合金的液固相变过程仅有极小的Gibbs自由能差作为形核和生长的驱动力,获得的凝固组织以层片状和棒状为主要特征,难以获得丰富的凝固组织……