强磁场下Al-Ni合金凝固过程中糊状区组织演化研究

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在合金凝固过程中,由于外加温度梯度的存在,必然会形成一个与凝固区间相对应的液固两相共存的区域,称之为糊状区。糊状区是合金凝固过程中无法避免的一个凝固区间,已有的研究表明糊状区内凝固组织的形成和演化将影响到后续凝固组织的形态、尺寸、成分分布、析出相等特征,进而影响到材料的最终性能。强磁场作为一种非接触可控的高能物理场,能有效控制合金凝固过程中的熔体流动和溶质迁移及再分配。因此,本文以Al-18at%Ni合金为研究对象,通过控制磁场参数和热稳定处理时间,进行强磁场下热稳定处理后淬火的实验,考察了强磁场下糊状区凝固组织演化及其机制。实验结果表明:强磁场有效改变了糊状区内凝固组织形貌及其分布。由于热电磁力和磁化力的耦合作用,包晶相糊状区稳态组织Al3Ni相由板条状向不规则团块状转变,并在包晶相糊状区内部形成大量分布不均的富集Ni原子的液相微团。初生相糊状区稳态组织Al3Ni2相为不规则岛状,由于热电磁对流及磁化力作用,强磁场下Al3Ni2相由均匀分布向偏析转变。强磁场显著改变TP界面形貌。磁场梯度对Ni原子的磁化力作用,使大量Ni原子在TP凝固界面前沿富集,引发TP界面两侧的组织重新熔化和凝固进而导致TP界面形貌的改变。此外,磁场强度和热稳定处理时间的不同使TP界面形貌具有不规则性和复杂性。强磁场显著改变糊状区的长度。对于液相相对少的包晶相糊状区,强磁场主要通过热电磁力和洛伦兹力竞争效果来影响包晶相糊状区长度。对于液相丰富的初生糊状区而言,强磁场主要影响溶质迁移使熔体沿温度增加方向产生强烈扰动且使固相不能稳定悬浮而产生迁移,从而改变初生相糊状区长度。强磁场有效的改变了Al3Ni相和溶质原子在糊状区内的分布,并且与糊状区凝固组织的演变和分布呈现基本对应的关系,说明了溶质迁移及再分配对于合金凝固组织演变的影响。
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