稳恒强磁场对Al-4.5%Cu合金定向凝固行为影响的研究

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本文进行了稳恒强磁场对Al-4.5%Cu合金定向凝固行为影响的初步研究。在温度梯度G=37.8K/cm恒定的条件下,首先进行不同拉速下的定向凝固实验;然后在拉速R恒定的条件下,进行不同磁感应强度的实验,考察磁场对固液界面形貌以及枝晶生长等行为的影响。 在拉速R=2、5、10、20μm/s的定向凝固实验中,发现10T的强磁场明显影响了Al-4.5%Cu枝晶定向生长组织。无磁场的条件下形成规则的树枝晶组织,施加10T强磁场后,界面淬火枝晶组织变得不规则,在随后的凝固过程中树枝晶组织几乎消失,形成接近胞晶形态的组织。施加强磁场后宏观组织细化,晶粒增多,形成定向凝固下的等轴晶组织的特殊现象。认为这是由于固液界面前沿存在热电现象,并且产生的电流与磁场作用形成Lorentz力引起界面紊乱,影响枝晶定向组织的形成。 随着拉速(≥50μm/s)的增加,磁场作用时间减少,稳恒磁场对定向凝固组织的影响逐渐减小,施加磁场后依然能够形成规则的枝晶组织。R=50μm/s时,在磁场的作用下,一次枝晶主轴偏离竖直方向生长,有可能是由于强磁场影响晶体生长取向,导致枝晶沿易磁化方向优先长大;并且枝晶粗化,一次枝晶间距增大。 对不同拉速的实验结果进行X射线衍射分析,在低拉速下(<50μm/s)加磁场后衍射峰值与标准衍射卡接近,证明晶粒取向紊乱;在50μm/s拉速下施加磁场后,[3¨]方向衍射峰增强,表明此时磁场能促使枝晶偏离定向凝固方向生长,随着拉速增加枝晶生长偏离定向凝固方向程度降低。 在不同磁感应强度下的定向凝固实验中,发现拉速在R=20μm/s条件下随着磁感应强度的增大一次枝晶间距增大,并且在1T-4T范围内增加幅度较大,而后随着磁感应强度的增大一次枝晶间距变化不大;随着拉速的增加,磁感应强度对枝晶间距的影响减小,枝晶间距随磁感应强度的增幅不大。
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