Ni-Ge和Fe-Ge包晶合金深过冷熔体中的相选择研究

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包晶合金是一种应用广泛的工程合金,在非平衡凝固过程中发生的相选择对合金最终的微观组织和性能具有非常显著的影响。在Nd-Fe-B永磁合金相选择现象的研究中发现,大过冷可以抑制初生相的形成,促使具有优异磁性能的包晶相形成。因此,研究包晶合金凝固过程中的相选择既可以提供一种改善合金微观组织的新途径,也能帮助学者们深入了解相选择的规律和机理。本文选择Ni-Ge和Fe-Ge作为模型合金对比研究深过冷熔体中的相选择规律和机理。本文选择了成分分别为Ni100-xGex(36≤x≤50)和Fe100.yGey(38.5≤γ≤50)进行实验研究。在实验过程中,采用熔融玻璃净化法对熔融的合金样品进行了过冷处理,采用红外测温技术研究了样品的过冷和再辉行为。实验结束后,使用扫描电镜和能谱仪分析了合金样品的凝固组织,结合冷却曲线上的再辉特征确定了包晶合金深过冷熔体中的相选择规律,并对相选择机理进行了讨论。获得的结论如下:(1)Ni64Ge36和Ni50Ge50合金样品获得的最大过冷度分别为203 K和192 K。这两种合金的初生相在实验获得的过冷度范围内都没有发生改变,分别为Ni5Ge3相和Ni3Ge2相。Ni61Ge39合金样品获得的最大过冷度为199 K,初生相随过冷度的增大从Ni5Ge3相转变为Ni19Ge12相。Ni58Ge42和Ni55Ge45合金样品在实验中获得的最大过冷度分别为162 K和198 K,初生相随过冷度的增大依次为Ni5Ge3相、Ni19Ge12相和Ni3Ge2相。Ni53Ge47在实验中获得的最大过冷度为199 K,初生相随过冷度的增大从Ni19Ge12相转变为Ni3Ge2相。(2)Fe61.5Ge38.5和Fe54.5Ge45.5合金样品获得的最大过冷度分别为222 K和199 K。这两种合金的初生相在实验获得的过冷度范围内都没有发生改变,始终是Fe5Ge3相。Fe57.5Ge42.5和Fe50Ge50合金样品在实验中获得的最大过冷度分别为204 K和194 K。随着过冷度的增大,初生相从Fe5Ge3相转变为Fe18Ge13相。(3)对上述实验结果的分析表明,相选择机理与相互竞争的晶体相的结构密切相关。如果包晶相的晶体结构对称性比初生相的低时,在小过冷条件下可以通过形核竞争优先凝固析出。在大过冷条件下,临界晶核半径和形核功的减小使两个竞争相的形核率差距缩小,生长速率较快的相通过生长竞争优先凝固析出。当两个竞争相的晶体结构相同时,小过冷条件下初生相的形核率总是高于包晶相,只有在大过冷条件下两相的形核率差距缩小,包晶相才能通过生长竞争优先凝固析出。
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