定向凝固技术因为具有能控制热流的传递方向,更好的控制凝固组织的晶粒取向,消除横向晶界等在材料制备中的优势而受到广泛关注。对定向凝固的研究奠定了现代凝固理论的基础。磁场对凝固过程有着复杂的影响,目前对强磁场下定向凝固的研究还不够充分,磁场对定向凝固过程的作用机制还需要进一步探索。本文以富Al端Al-Fe合金为研究对象,借助光学显微镜、电子显微镜、X射线衍射多种检测手段,考察了凝固速率、梯度磁场和匀强磁场对凝固组织演变的影响,并对磁场影响凝固过程的机理进行分析。首先考察了梯度磁场对过共晶Al-Fe合金的定向凝固过程影响,发现施加磁场后定向凝固组织遭到破坏,初生相向试样底部迁移,试样上部出现纯共晶区域,且随磁感应强度的增大,共晶区域的面积显著增加;共晶区域下方出现明显的初生相分布不均的现象。分析认为由于梯度磁场的存在,液相中的富铁微区受到向下的磁化力的作用而向下迁移,造成试样上部Fe含量的降低,从而造成共晶区域的出现。另外由于热电磁力和热电磁对流的作用,出现了初生相分布不均的现象。在共晶Al-Fe合金的定向凝固过程中,无磁场条件下,当凝固速率增大至150 μm/s时,凝固过程出现明显的Al的单相失稳,α-Al充分析出。施加磁场后,磁场加剧了凝固过程Al的单相失稳,促进了 α-Al的析出。因为梯度磁场作用产生的磁化力使得Al生长过程中外排的Fe原子聚集在α-Al枝晶周围,抑制了凝固过程中的溶质再分配,促进了枝晶的生长。另外,在凝固速率和磁场的共同作用下,共晶Al3Fe相发生了由小平面相向非小平面相的转变,Al3Fe相的尺寸在三个维度上均显著减小。当凝固速率较高时,随磁感应强度增大,凝固组织中出现大量呈颗粒状或点状生长的共晶Al3Fe相,这是因为磁场作用下产生的磁化能使得凝固组织中的颗粒状或点状相维持这种亚稳定状态。共晶Al3Fe相形状转变遵循层片状、纤维状和颗粒状或点状的变化关系。