【摘 要】
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难混溶合金(偏晶合金)在工程上有着广泛的应用,是一种重要的金属材料,然而在常规凝固条件下,合金组元间的混溶却是十分困难的,故称之为难混溶合金。难混溶合金的一个明显标志是二元
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难混溶合金(偏晶合金)在工程上有着广泛的应用,是一种重要的金属材料,然而在常规凝固条件下,合金组元间的混溶却是十分困难的,故称之为难混溶合金。难混溶合金的一个明显标志是二元相图中存在一弓形液相不混溶区,当凝固通过该区时,密度不同的两液相将迅速分离,最终形成严重宏观偏析或组元分层的凝固组织,因此,采用常规的地面凝固技术难以制备出任何有工业价值的偏晶合金。本文在自制的熔炼炉及冷却斜槽上开展了对铝基难混溶合金的研究,提出了一种新的难混溶合金制备工艺。通过分析难混溶合金的相图以及大量的工艺试验,制定了在互溶点以上20℃保温30分钟的金属熔炼工艺。改变浇铸位置及斜槽角度,最终确立700mm浇铸位置及斜槽角度为45°为最优铸造参数。先后尝试利用速冷法及压铸法对所得浆料进行快速成型,均得到了较为弥散分布的铝基难混溶合金。本文在对Al-Bi合金的研究中,探讨了析出的金属Bi液滴随Al合金金属熔体在斜槽上流动时所受力情况,结果表明,作用于Bi液滴上的Marangoni力、熔体粘滞力及熔体冲刷的力与重力相互作用并相互减弱抵消,大大降低了Bi液滴的Stokes沉积和Marangoni迁移运动,使难混溶合金熔体在斜槽上不发生严重的宏观偏析。并且利用ANSYSTM模拟分析了熔体从斜槽流过时的温度分布,结果显示熔体温度大为降低,很大程度降低了后续快速成型设备的冷却压力。作为前期工作,本文制作了低熔点Sn-20wt%Bi二元合金同步辐射成像样品及加热设备,在北京同步辐射装置BSRF形貌站成功观察到较为清晰的晶粒生长图像,为今后利用同步辐射光源研究Al-Bi难混溶合金凝固过程提供了经验。
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