第一节快速凝固第二节失重条件下的凝固第三节定向凝固

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1、快快凝固中的固、凝固中的固、液界面溶质液界面溶质成分成分快速凝固快速凝固的目的的目的超细组织超细组织过饱和固溶体过饱和固溶体亚稳相或新的结晶相亚稳相或新的结晶相微晶、纳米晶或金属玻璃微晶、纳米晶或金属玻璃形成形成获得优异的获得优异的 强度、塑性、强度、塑性、耐磨性、耐腐蚀性耐磨性、耐腐蚀性 等。等。液态金属 气体 雾化法的装置雾化法的装置 加热线圈 旋转辊 坩埚及金属 急冷条带 熔体旋转法熔体旋转法表面熔化法表面熔化法 凝固在很大的过冷度和很凝固在很大的过冷度和很高的冷却速率下进行，凝固高的冷却速率下进行，凝固组织中会出现非平衡相组织中会出现非平衡相。可以把温度梯度可以把温度梯度G和生长和生长

2、速率速率R联系起来，用联系起来，用GR空间空间表示显微组织的变化和枝晶表示显微组织的变化和枝晶间距（偏析间距）的变化：间距（偏析间距）的变化：TdtdTdtdxdxdTGR 对铸件和铸锭，通常对铸件和铸锭，通常GR=10-3101K/s，但对雾，但对雾化法，化法，GR=102106K/s。相应地，偏析间距相应地，偏析间距从从1000m减小到减小到0.01m。1T1T2T 图图 6 6-4 4 N i10at.%C u 在在 过过 冷冷 度度 为为 a）89K，b）150K，c）174K 和和 d）260K 时时 的的 凝凝 固固 组组 织织（光光 学学 显显 微微 镜镜 照照 片片）图图6-7

3、 Zn-1.8at%Ag合合金金在在不不同同冷冷却却速速率率下下的的显显微微组组织织(a、b、c、d生生长长速速率率分分别别为为12mm/s、3.54mm/s、2.06mm/s、0.48mm/s)快速凝固的Al-Fe-V-Si合金组织 金属玻璃的拉伸强度可高金属玻璃的拉伸强度可高达达 3 4GPa，并具有很好的，并具有很好的耐腐蚀性能、优异的软磁性能、耐腐蚀性能、优异的软磁性能、优良的超导性能、较高的热稳优良的超导性能、较高的热稳定性和较低的表面活性，已经定性和较低的表面活性，已经或可望应用于机械结构材料、或可望应用于机械结构材料、磁性材料、声学材料、仿生材磁性材料、声学材料、仿生材料、光学材

4、料、体育器材以及料、光学材料、体育器材以及电子材料等多个方面。电子材料等多个方面。形成金属玻璃的临界厚度随年代的变化关系 能否发生玻璃化转变的影能否发生玻璃化转变的影响因素主要有冷却速率、形响因素主要有冷却速率、形核密度和材料特性。核密度和材料特性。对应于一定的合金熔体，对应于一定的合金熔体，欲发生玻璃化转变需要有足欲发生玻璃化转变需要有足够高的冷却速率。够高的冷却速率。部部分分块块体体金金属属玻玻璃璃的的实实物物照照片片 失重条件（也称微重力条失重条件（也称微重力条件）的凝固与重力条件下完件）的凝固与重力条件下完全不同，如无容器条件下的全不同，如无容器条件下的形核以及由温度梯度（或密形核以及

5、由温度梯度（或密度梯度）引起的对流等，使度梯度）引起的对流等，使得不同成分的液体能够长时得不同成分的液体能够长时间共存，因此可以减少沿凝间共存，因此可以减少沿凝固方向的成分偏析，还可以固方向的成分偏析，还可以利用微重力条件制备难混熔利用微重力条件制备难混熔偏晶合金。偏晶合金。不同条件下Al-Cu合金的轴向Cu含量分布曲线 地面条件空间条件 失重条件下材料的凝固实验在地面上可以通过失重条件下材料的凝固实验在地面上可以通过 悬浮熔炼悬浮熔炼 和和 落管技术落管技术 得到得到。不同过冷度（不同过冷度（T）下）下Cu84Co16合金电磁悬浮试样的背散射组织合金电磁悬浮试样的背散射组织富富Co相在富相在

6、富Cu基体上均匀分基体上均匀分布布p定向凝固技术在共晶凝固、定向柱状晶生长和单晶铸造等定向凝固技术在共晶凝固、定向柱状晶生长和单晶铸造等方面都有重要的意义。方面都有重要的意义。p对于凝固温度范围宽的合金，定向凝固通过在铸件的不同对于凝固温度范围宽的合金，定向凝固通过在铸件的不同部位放置冷铁实现。这时凝固界面的温度梯度很大，糊状部位放置冷铁实现。这时凝固界面的温度梯度很大，糊状凝固区域明显减小，因此补缩得到改善，铸件完整性变好，凝固区域明显减小，因此补缩得到改善，铸件完整性变好，同时铸件的机械性能也得以提高。同时铸件的机械性能也得以提高。p定向凝固的合金柱状晶粒结构使得材料沿凝固方向的抗蠕定向凝固的合金柱状晶粒结构使得材料沿凝固方向的抗蠕变和抗热疲劳特性明显提高，这种技术常用于制造具有柱变和抗热疲劳特性明显提高，这种技术常用于制造具有柱状晶结构或单晶的发动机叶片。状晶结构或单晶的发动机叶片。柱状晶、螺旋选择器及生长的单晶柱状晶、螺旋选择器及生长的单晶 等轴晶、柱状晶和单晶的发动机叶片比较等轴晶、柱状晶和单晶的发动机叶片比较