三元Fe-Co-Cu包晶合金中壳核组织形成机制

三元Cu50Fe37.5Co12.5包晶合金液滴在自由落体过程中发生亚稳液相分离,主要形成由L1(Cu)和L2(Fe,Co)两相构成的壳核组织.在测定固相面和液相面温度以及液相分离临界过冷度的基础上分析了壳核组织形成机制,发现分离两液相的界面能随温度降低而增大,合金液滴沿着半径方向从内向外存在着由小变大的温度梯度.作用于L2(Fe,Co)相上的Marangoni力(FM)随其尺寸增加而增大,L2(Fe,Co)相小液滴在FM力的作用下从外向内迁移过程中逐渐粗化,同时发生碰撞和凝并,进而形成壳核结构的凝固组织.

壳核组织形成过程的数值模拟研究

对空间环境条件下偏晶凝固过程中壳核组织的形成机制进行了数值模拟研究.在总自由能中引入表面自由能项对H模型进行了修正,使之能够描述表面偏析作用下的相分离.选取Fe-Cu合金作为模型体系,系统模拟了微重力状态下深过冷合金液滴的亚稳相分离过程,揭示了表面偏析效应和温度梯度引起的Marangoni对流对微观组织演化的影响.模拟结果表明,Fe65Cu35合金的相分离组织从弥散结构演化为3层壳核组织;Fe50Cu50合金经历了“双连续相→4层壳核→3层壳核”的组织演化;Fe35Cu65合金的组织由弥散结构向两层壳核组织演化.偏析作用使得最外层总是富Cu相,温度梯度引起的Marangoni对流决定了内部体相的组织演化过程.

自由落体条件下三元Ni-Pb-Cu偏晶合金的快速凝固

在自由落体条件下研究三元Ni62Pb30Cu8偏晶合金的相分离与快速凝固。XRD分析结果表明;凝固组织由固溶体(Ni)和(Pb)两相构成;随液滴直径减小,三元Ni62Pb30Cu8偏晶合金从壳核组织演变为(Pb)相颗粒分布在(Ni)枝晶间的组织;在形成的壳核组织中,表面张力较小的(Pb)相始终占据最外层,有利于降低表面相和体系总吉布斯自由能。能谱测定发现,在固溶体(Ni)和(Pb)相中,溶质截留效应十分显著。采用传热模型计算了不同直径液滴的冷却速率与过冷度,二者均随液滴直径的增大而减小。理论分析了合金液滴的内部温度梯度与第二相L(Pb)液滴的Maragoni迁移,发现第二相L(Pb)液滴充分实现二次相分离。在自由落体条件下,合金液滴的最终凝固组织由冷却速率、表面偏析、Marangoni迁移和(Ni)枝晶生长共同决定。

Fe-Sn-Si偏晶合金的快速凝固研究

在落管中对Fe60.4Sn29．6Si10、Fe43．6Sn21．4Si35和Fe20.1Sn9.9Si70三元偏晶合金进行了无容器快速凝固实验。3种合金液滴的直径范围为100～1000Ⅳm的液滴，凝固组织都呈现2层或3层壳核组织以及第2相弥散分布的凝固组织。XRD、EDS及SEM分析表明，Fe60.4Sn29．6Si10合金液滴的凝固组织由α—Fe、β—Sn、FeSi和FeSn组成；Fe43．6Sn21．4Si35合金液滴的凝固组织由β—Sn、FeSn2、FeSi和Fe2Si组成；Fe20.1Sn9.9Si70合金液滴的凝固组织由β-Sn、FeSi2和Si组成。

自由落体条件下三元Cu_(60)Sn_(20)Pb_(20)偏晶合金的快速凝固

采用3m落管超高真空无容器装置研究三元Cu60Sn20Pb20偏晶合金在自由落体条件下的深过冷和快速凝固。结果表明,凝固组织由金属间化合物ε(Cu3Sn)相和固溶体(Pb)相组成,合金的液相线温度为1032K。液滴的冷却速率和过冷度都随液滴直径的增大而减小,液滴的最大过冷度为282K,且过冷度与液滴直径呈指数变化关系。直径较大的液滴的凝固组织出现壳核结构,外层为表面张力较小的富(Pb)相,内层为ε(Cu3Sn)相。直径较小的液滴内部的Marangon i迁移不能够充分进行,ε(Cu3Sn)相凝固成许多小球状组织。

Bi对铝基滑动轴承合金力学及抗咬合性能的影响

以Al-Cu-Mg合金为基体,研究了添加低熔点组元Bi后合金的微观组织、力学性能及抗咬合性能。采用XRD分析了材料的物相组成,利用SEM和EDS观察了合金的微观组织、断口形貌、磨损界面形貌。结果发现,添加低熔点组元Bi后,合金中出现球状富Bi相,当富Bi相颗粒较小时,其基本由Mg_(3)Bi_(2)相组成;当富Bi相颗粒较大时,其以Mg_(3)Bi_(2)为核,外部包裹一层Bi,形成了核壳组织。抗拉强度及硬度检测发现,添加2.6%的Bi后合金抗拉强度降低了10%,伸长率降低了21%,硬度降低了8.5%,说明Bi对合金力学性能具有一定的削弱作用。摩擦磨损试验发现,添加Bi后合金抗咬合能力明显提升,承载力从1700 N增加到5500 N,且在磨损表面发现带状富Bi相涂覆在磨损表面,起到减摩自润滑作用。