Zn-Cu合金高压凝固过程包晶反应与组织演变

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包晶凝固引起了广泛的关注,因为它在结构材料和功能材料得到了广泛的应用。包晶凝固在相变过程中占有重要地位,通过包晶凝固可以获得十分丰富的凝固组织。为了对包晶合金在高压作用下凝固组织演变、相变化规律以及较大试样的组织不均匀性及其形成原因进行系统分析,本文以Zn-Cu包晶合金(L+ε→η)为主要研究对象,选取亚包晶,过包晶和近包晶点的四个成分试样,分别在不同的压力下进行高压凝固实验,同时以小平面生长的Zn-Mg亚包晶合金作为对比。利用金相显微镜,X射线衍射,扫面电镜等分析测试手段对高压凝固前后的试样进行分析比较。实验结果表明:高压凝固并没有改变Zn-Cu包晶合金的相组成,都是由η相和ε相组成的,但是各相的组织形貌、分布和体积分数均发生了很大变化。由于Zn-2.0wt.%Cu亚包晶合金在高压的作用下初生相非常少,所以在显微组织和组织形貌中并没有观察到。Zn-2.8wt.%Cu和Zn-4.3wt.%Cu包晶合金随着凝固压力的升高,其组织中的初生ε相逐渐增多,并且通过理论计算来说明其增多的原因。通过对不同压力条件下各相的元素含量分析可知,随着凝固压力的升高,初生ε相中Cu元素的含量逐渐减少,只有在3GPa时的Zn-3.0wt.%Cu和Zn-4.3wt.%Cu过包晶合金中出现反常情况,而且其元素含量甚至超过了常压凝固组织中的初生相。在高压凝固Zn-2.0wt.%Cu亚包晶合金中发现了列状生长的η胞晶排列而成层带组织,这在高压凝固组织中还是首次发现。分析了高压凝固腔体的温度场对整个试样组织的影响。在对小平面生长的Zn-5.0wt.%Mg包晶合金研究中,发现高压凝固使得包晶层消失,同时改变了各相的组织形貌。
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