三元Fe-Sn-Ge和Cu-Pb-Ge偏晶合金相分离与快速凝固研究.PDF

中国科学 G 辑:物理学 力学 天文学 2007 年 第 37 卷 第 3 期: 359~366 SCIENCE IN CHINA PRESS 三元Fe-Sn-Ge 和Cu-Pb-Ge 偏晶合金 相分离与快速凝固研究 张雪华 阮 莹 王伟丽 魏炳波* (西北工业大学应用物理系, 西安 710072) 摘要 采用熔融玻璃净化与循环过热相结合的方法研究了三元 Fe-43.9%Sn- 10%Ge 和Cu-35.5%Pb-5%Ge 偏晶合金的相分离与枝晶生长特征, 实验中分别获 得了245 和 257 K 的最大过冷度. 两种合金熔体均发生液相分离, 快速凝固组织 呈现出显著的宏观偏析. X 射线衍射分析表明, Fe-43.9%Sn-10%Ge 合金的凝固 组织由α-Fe 和(Sn) 固溶体以及FeSn 和 FeSn2 金属间化合物等四相组成, 而 Cu- 35.5%Pb-5%Ge 合金的凝固组织由(Cu)和(Pb)两相组成. 在快速偏晶凝固过程中, α-Fe 和(Cu)相均以枝晶方式生长, 并且深过冷条件下皆发生了“枝晶→偏晶胞”转 变. 实验发现, α-Fe 和(Cu)相的枝晶生长速度都随过冷度的增大呈现出指数函数 变化规律. 关键词 深过冷 相分离 枝晶生长 偏晶合金 宏观偏析 近年来, 偏晶合金的相变规律和应用性能在材料物理领域得到了广泛的关注 [1~3]. 偏晶凝 固同时涉及第二液相在初始液相中的形核和固液两相的协同生长, 为凝固科学提供了一个复 杂而有趣的相变过程, 对研究晶体生长动力学和相分离机制具有重要意义 [4,5]. 另一方面, 由 于偏晶凝固形成的两个固溶体或化合物硬度相差较大, 当第二相均匀弥散分布时, 这类合金 具有良好的工程应用前景. 然而, 偏晶凝固研究大多仍局限在二元合金体系, 对深过冷三元偏 [6~8] 晶合金的形核与生长研究较少. 第三组元的引入将影响生成相的形核机制和生长动力学 , 而且其作用在深过冷条件下将会变得更加显著. 因此, 深过冷三元偏晶合金的快速凝固在理 论研究和实际应用方面都十分重要. 作为实现深过冷的一种有效途径, 熔融玻璃净化方法通 [9~11] 常用于研究大体积合金熔体的快速凝固机制 . 在本研究中, 采用熔融玻璃净化方法实现三元Fe-Sn-Ge 和 Cu-Pb-Ge 偏晶合金熔体的深过 冷与快速凝固, 研究了不同过冷度下 Fe-Sn-Ge 合金中α-Fe 相和 Cu-Pb-Ge 合金中(Cu)相的枝晶 生长规律, 探讨了 Ge 元素的引入对晶体生长动力学的影响, 并通过分析快速凝固组织揭示三 收稿日期: 2007-02-12; 接受日期: 2007-05-23 国家自然科学基金资助项目(批准号: * 联系人, E-mail: bbwei@ 360 中国科学 G 辑 物理学 力学 天文学 第 37 卷 元偏晶合金的相分离机制和偏晶转变特