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液态Ti-Al合金的深过冷与快速枝晶生长

魏绍楼 黄陆军 常健 杨尚京 耿林

液态Ti-Al合金的深过冷与快速枝晶生长

魏绍楼, 黄陆军, 常健, 杨尚京, 耿林
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  • 采用电磁悬浮和自由落体两种试验技术研究了液态Ti-25 wt.%Al合金的亚稳过冷能力、晶体形核机制和枝晶生长过程. 试验发现, 即使电磁悬浮无容器状态下仍难以消除润湿角 60的异质晶核, 合金熔体过冷度可达210 K (0.11TL). -Ti相形核的热力学驱动力随过冷度近似以线性方式增大, 其枝晶生长速度高达11.2 m/s, 从而在慢速冷却条件下实现了快速凝固. 理论计算表明, 随着过冷度的逐步增大, 相枝晶生长从溶质扩散控制转变为热扩散控制. 当过冷度超过100 K时, 非平衡溶质截留效应可使合金熔体发生无偏析凝固. 然而, 单靠深过冷状态不足以抑制相的后续固态相变. 对于落管中快速凝固的直径77-1048 m合金液滴, 其冷却速率最高达1.05105 K/s, 深过冷与快速冷却的耦合作用能更有效地调控凝固组织形成过程.
      通信作者: 黄陆军, huanglujun@hit.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: 51471063, 51271064, 51401167)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-12-02
  • 修回日期:  2016-02-01
  • 刊出日期:  2016-05-05

液态Ti-Al合金的深过冷与快速枝晶生长

  • 1. 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院, 哈尔滨 150001;
  • 2. 西北工业大学理学院应用物理系, 西安 710072
  • 通信作者: 黄陆军, huanglujun@hit.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金 (批准号: 51471063, 51271064, 51401167)资助的课题.

摘要: 采用电磁悬浮和自由落体两种试验技术研究了液态Ti-25 wt.%Al合金的亚稳过冷能力、晶体形核机制和枝晶生长过程. 试验发现, 即使电磁悬浮无容器状态下仍难以消除润湿角 60的异质晶核, 合金熔体过冷度可达210 K (0.11TL). -Ti相形核的热力学驱动力随过冷度近似以线性方式增大, 其枝晶生长速度高达11.2 m/s, 从而在慢速冷却条件下实现了快速凝固. 理论计算表明, 随着过冷度的逐步增大, 相枝晶生长从溶质扩散控制转变为热扩散控制. 当过冷度超过100 K时, 非平衡溶质截留效应可使合金熔体发生无偏析凝固. 然而, 单靠深过冷状态不足以抑制相的后续固态相变. 对于落管中快速凝固的直径77-1048 m合金液滴, 其冷却速率最高达1.05105 K/s, 深过冷与快速冷却的耦合作用能更有效地调控凝固组织形成过程.

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