均勻磁場(chǎng)下Ni-Si合金過冷熔體中的枝晶生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué).pdf

1、在金屬凝固領(lǐng)域，枝晶是金屬鑄件中常見的組織形貌。枝晶生長(zhǎng)過程影響材料的微觀組織和力學(xué)性能，所以研究其生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)有著重要的意義。前人的研究表明，熔體中的枝晶生長(zhǎng)會(huì)受到熔體中的對(duì)流影響。本文通過施加不同強(qiáng)度的均勻磁場(chǎng)改變過冷熔體中的對(duì)流環(huán)境，旨在對(duì)固溶體型合金的枝晶生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并通過理論模型進(jìn)行分析。
　　本文首先采用熔融玻璃凈化的方法實(shí)現(xiàn)了均勻磁場(chǎng)中Ni95Si5合金和Ni90Si10合金熔體的深過冷和快速凝固。利用高速

2、攝影機(jī)記錄合金樣品的再輝過程，同時(shí)利用單色紅外測(cè)溫儀測(cè)量合金樣品的表面溫度，通過三維動(dòng)畫模擬軟件重現(xiàn)熔體的再輝過程，計(jì)算出過冷熔體中的枝晶生長(zhǎng)速率。采用修正后的LKT/BCT理論模型分析了0～6T磁場(chǎng)條件下兩種合金熔體中的枝晶生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)。獲得的主要結(jié)論如下：
　　1.Ni95Si5合金和Ni90Si10合金的枝晶生長(zhǎng)速率都隨過冷度的增大而增大，并且在兩種合金熔體中都發(fā)生了溶質(zhì)截留現(xiàn)象。在溶質(zhì)截留現(xiàn)象明顯發(fā)生的過冷度條件下，枝晶生長(zhǎng)

3、速率增長(zhǎng)變緩，枝晶生長(zhǎng)主要由擴(kuò)散控制。當(dāng)過冷度大于臨界過冷度時(shí)，發(fā)生完全的溶質(zhì)截留現(xiàn)象，枝晶生長(zhǎng)速率呈線性形式增長(zhǎng)，枝晶生長(zhǎng)由熱控制。兩種合金發(fā)生完全溶質(zhì)截留的臨界過冷度分別是△T*=196K和△T*=206K，磁場(chǎng)對(duì)其無明顯影響。
　　2.在0～6T的磁場(chǎng)范圍內(nèi)，Ni95Si5合金的枝晶生長(zhǎng)速率大于Ni90Si10合金的枝晶生長(zhǎng)速率。均勻磁場(chǎng)對(duì)中小過冷度范圍內(nèi)的枝晶生長(zhǎng)速率具有明顯的影響。隨磁場(chǎng)強(qiáng)度增加，Ni95Si5合金和Ni

4、90Si10合金的枝晶生長(zhǎng)速率都先減小后增大，在磁場(chǎng)強(qiáng)度B=3T時(shí)最小。在大過冷度范圍內(nèi)，均勻磁場(chǎng)對(duì)枝晶生長(zhǎng)速率沒有明顯的影響。
　　3.分析認(rèn)為，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度小于3T時(shí)，均勻磁場(chǎng)可有效抑制Ni95Si5與Ni90Si10合金熔體中的對(duì)流，使Ni95Si5與Ni90Si10合金的生長(zhǎng)速率降低;當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度大于3T時(shí)，由于熱電磁對(duì)流效應(yīng)的增強(qiáng)，Ni95Si5與Ni90Si10合金熔體的枝晶生長(zhǎng)速率又緩慢增大。相比而言，磁場(chǎng)對(duì)Ni90Si