快速凝固Al-Fe-Ti-C合金的显微结构及退火过程中的相变
液固相变的热力学基础
液固相变的热力学基础- -金属有液态转变为固态的过程称为凝固。
由于凝固后的固态金属通常是晶体，所以讲这一转变过程称之为结晶。
一般的金属制品都要经过熔炼和铸造，也就是说都要经历由液态转变为固态的相变过程。
1.1 凝固过程的宏观现象1.1.1 过冷现象金属在凝固之前，温度连续下降，当液态金属冷却到理论凝固温度Tm时，并未开始凝固，而是需要继续冷却到Tm之下的某一温度Tn，液态金属才开始凝固。
金属的实际温度Tn与理论凝固温度Tm之差，称为过冷度，以ΔT表示，ΔT=Tm-Tn。
过冷度越大，则实际凝固温度越低。
过冷度随金属的本性和纯度的不同，以及冷却速度的差异可以在很大的范围内变化。
今属不同，过冷度的大小也不同；金属的纯度越高，则过冷度越大。
当以上两因素确定之后，过冷度的大小主要取决于冷却速度，冷却速度越大，则过冷度越大，即实际凝固温度越低。
反之，冷却速度越慢则过冷度越小，实际凝固温度越接近理论凝固温度。
但是，不管冷却速度多么缓慢，也不可能在理论凝固温度进行凝固。
对于一定的金属来说，过冷度有一最小值，若过冷度小于此值，凝固过程就不能进行。
1.1.2 凝固潜热一摩尔物质从一个相转变为另一个相时，伴随着放出或吸收的热量称为相变潜热。
金属熔化时从固相转变为液相是要吸收热量，而凝固时从液相转变为固相则放出热量，前者称为熔化潜热，后者称为凝固潜热。
当液态金属的温度到达凝固温度Tn时，由于凝固潜热的释放，补偿了散失到周围环境的热量，所以冷却过程中出现了温度恒定的现象，温度恒定的这段时间就是凝固过程所需要的时间，凝固过程结束，凝固潜热释放完毕，温度才开始继续下降。
另外，在凝固过程中，如果释放的凝固潜热大于向周围环境散失的热量，温度将会上升，甚至发生已凝固的局部区域的重熔现象。
因此，凝固潜热的石方和散失，是影响凝固过程的一个重要因素。
1.2 金属凝固的微观过程凝固过程是如何进行的？它的微观过程怎样？多年来，人们致力于研究解决这些疑问，关于凝固过程的研究人们做了大量的工作，取得了很多卓有成效的研究结果。
材料加工新技术与新工艺-2-1
此外，快速凝固技术在铜基合金、贵金属合金、磁性 材料等方面都有应用并能发挥其技术优势
非晶态金属材料是快速凝固技术应用的成功实例，它 不仅具有特殊的力学性能，如表2-1所示，同时也可获得 特殊的物理和化学性能，如超导特性、软磁特性及耐腐蚀 特性。
得普通铸件和铸锭无法获得的成分、相结构和显微结 构的过程。
对于快速凝固过程，采用适当的假设和边界条件 解热平衡方程式，可求解冷却速度。也可采用热电偶 和示波器实测，或者通过测量试样的枝状晶二次枝间 距和共晶层间距，求出凝固速度，再运用凝固速度和 冷却速度的关系式求出冷却速度。
2. 快速凝固组织的特征
薄板坯连铸已获得工业应用，典型产品厚度为60mm 而常规板坯的典型厚度为200mm，带坯连铸(铸轧)也开 始了工业应用，其产品厚度为0.5-3mm。
例如，非晶合金取代硅钢片制作变压器可使其内耗大 为减小，解决了变压器在特殊条件下使用时的发热问题。 大块非晶合金的研究为非晶态金属材料开辟了更为广泛的 应用前景。非晶态金属材料已成为材料科学研究的前沿领 域之一。
表2．1 非晶态金属的一些力学性能
力学性能 强度 弹性 塑性
韧性 温度效应
疲劳 断裂
表现
新的凝固组织包括凝固组织的微细化、过饱和固溶体 和非晶相的出现等。
凝固组织越微细，得到高强度和超塑性材料的可能性 就越大，也有可能通过再结晶来制备单晶材料。
过饱和固溶体结构可得到高强度材料，并且可通过热 处理获得各种性质的材料。
非晶材料具有优异的电磁性能、耐腐蚀性能、强度和 触媒性能等特点。
铝合金，采用快速凝固技术可使A1-Li合金中的锂含量增 加，合金的密度可大幅度降低。特别是在Al-Li合金中加入 适量的铍，则其用途更为可贵，由于密度进一步降低，可 用于制造战斗机的翅膀上盖。
快速凝固技术概述
快速凝固技术国内外发展及其应用1.快速凝固技术国内外发展随着对金属凝固技术的重视和深入研究，形成了许多种控制凝固组织的方法，其中快速凝固已成为一种具有挖掘金属材料潜在性能与发展前景的开发新材料的重要手段，同时也成了凝固过程研究的一个特殊领域。
快速凝固的概念和技术源于20世纪60年代初Duwez等人的研究，他们发现某些共晶合金在平衡条件下本应生成双相混合物，但当液态合金以足够快的冷却速度凝固合金液滴被气体喷向冷却板时，则可能生成过饱和固溶体、非平衡晶体，更进一步生成非晶体。
上述结果稍后被许多研究结果所证实，而且由此发现一些材料具有超常的性能，如电磁、电热、强度和塑性等方面的性能，出现了用于电工、电子等方面的非晶材料。
20世纪70年代出现了用快速凝固技术处理的晶态材料，80年代人们逐渐把注意力转向各种常规金属材料的快速凝固制备上，90年代大块非晶合金材料的开发与应用取得重大进展。
快速凝固技术是目前冶金工艺和金属材料专业的重要领域，也是研究开发新材料手段。
快速凝固一般指以大于105〜106K/S的冷却速率进行液相凝固成固相，是一种非平衡的凝固过程，通常生成亚稳相（非晶、准晶、微晶和纳米晶），使粉末和材料具有特殊的性能和用途。
由于凝固过程的快冷、起始形核过冷度大生长速率高,使固液界面偏离平衡，因而呈现出一系列与常规合金不同的组织和结构特征。
加快冷却速度和凝固速率所起的组织及结构特征可以近似地用图1来表示。
从上图我们不难看出，随着冷却速度的加快，材料的组织及结构发生着显著的变化，可以肯定地说，它也将带来性能上的显著变租1］。
快速凝固技术得到的合金具有超细的晶粒度，无偏析或少偏析的微晶组织，形成新的亚稳相和高的点缺陷密度等与常规合金不同的组织和结构特征。
实现快速凝固的三种途径包括：动力学急冷法；热力学深过冷法；快速定向凝固法。
由于凝固过程的快冷，起始形核过冷度大，生长速率高，使固液界面偏离平衡，因而呈现出一系列与常规合金不同的组织和结构特征。
钢铁材料的相变行为
钢铁材料的相变行为引言：钢铁是一种被广泛应用于建筑和制造领域的重要材料，其卓越的力学性能和耐久性使得它成为现代社会中不可或缺的材料之一。
然而，要理解钢铁的性质和特点，就需要对其相变行为进行深入研究。
本文将探讨钢铁材料的相变过程及其在材料性能中的影响。
1. 钢铁的晶体结构钢铁的基本成分是铁和碳，它们以及其他合金元素共同影响了钢铁的晶体结构。
在常温和正常压力下，钢铁处于体心立方(fcc)或面心立方(hcp)的晶格结构中。
具体而言，α-铁是一种体心立方结构，而γ-铁是一种面心立方结构。
2. 钢铁的相变过程钢铁的相变过程通常包括固态相变和液态相变两个阶段。
固态相变主要发生在加热或冷却过程中，而液态相变则发生在熔化和凝固的过程中。
2.1 固态相变随着温度升高，钢铁中的碳原子会从体心立方(fcc)结构到面心立方(hcp)结构的相变，这个过程被称为渗碳相变。
在渗碳相变过程中，钢铁的晶格结构会发生变化，从而影响了材料的性能，如硬度、韧性和变形能力。
2.2 液态相变当钢铁加热至一定温度，其会熔化成液态，这个过程被称为熔化相变。
相较于固态相变，熔化相变对钢铁的性质影响较小，主要体现在液态阶段的流动性和热导性上。
在冷却过程中，液态钢铁会再次凝固形成固态，并在此过程中经历凝固相变。
3. 相变对钢铁性能的影响钢铁的相变行为对其力学性能和热处理特性有着重要的影响。
3.1 力学性能在渗碳相变过程中，钢铁的晶体结构变得更加致密和有序，从而提高了钢铁的硬度和抗拉强度。
此外，相变还能改善钢铁的韧性和可塑性，使其具备更好的变形能力和抗冲击性。
因此，了解相变过程对钢铁性能的影响，有助于提高钢铁制品的质量和性能。
3.2 热处理特性钢铁的相变行为也影响着其热处理过程。
通过加热和冷却过程中的相变实现对钢铁材料的处理和调控。
例如，通过控制温度和冷却速率，可以使钢铁材料经历不同的相变过程，如奥氏体相变和贝氏体相变，从而调节钢铁的硬度和组织结构。
熔体温度、冷却速率对Al-Fe-V-Si耐热铝合金组织和力学性能的影响
第26卷 第5期2006年10月航 空 材 料 学 报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV o.l 26,N o .5O ctober 2006熔体温度、冷却速率对A-l Fe -V -Si 耐热铝合金组织和力学性能的影响谭敦强1,2,黎文献2,陈 伟3(1南昌大学材料科学与工程学院,南昌330047;2中南大学材料科学与工程学院,长沙410083;3中国兵器科学院宁波分院,浙江宁波315103)摘要:采用OM,XRD 检测了不同熔体温度和冷却速度条件下A -l 8.5F e -1.3V-1.7Si (w t %)合金的微观组织结构,并检测了不同熔体温度下采用粉末冶金工艺制备的该合金室温力学性能。
结果表明:熔体温度、冷却速率对该合金组织和性能有着明显的影响。
在相同冷却条件下,熔体温度越高所得到合金的组织越细小,获得该合金最高力学性能则存在一个最佳的熔体温度;冷却速度对该合金的主要相组成起决定作用,并结合A -l F e -V-S i 合金的特性提出了该合金的熔炼工艺。
关键词:耐热铝合金;微观组织;熔体温度;冷却速率中图分类号:TG146.2 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2006)05-0014-04收稿日期:2005-04-29;修订日期:2006-02-10基金项目:国家重点基础研究发展规划资助项目(G1999064900)和中国博士后科学基金资助项目作者简介:谭敦强(1975)),男,副教授,博士,(E -m a il)tdunqiang @sohu .co m 。
金属材料的宏观性能是由其微观组织结构决定的,而微观结构又主要是由凝固前熔体成分、结构和凝固条件决定的。
就熔体结构而言,金属或合金的熔体中包含着不同的原子团簇,其具体特征不仅与金属的种类和合金的成分有关,而且也与熔体的温度有关;就凝固过程而言,冷却速率对所获得的金属材料及其制品的组织、性能具有显著的影响[1,2]。
金属凝固原理--第八章快速凝固
13
§6.1 引言 快速凝固：在极快的冷却速率下完成由液相到固相的相变过 程，从而获得常规凝固方法所无法得到的合金成分、相组成 和显微结构。
获得独特的微观组织、结构特征
所制备材料具有优异的使用性能 （如：力学、物理、化学性能等）
14
§6.1 引言 三. 本章学习内容
（1）
（2）
（3）
（4）
快
速
快速凝固 快速凝固 快速凝固
快速凝固
凝
原理、技术 热力学与 显微结构 晶态(微/纳米晶)
固
及 传热特点
动力学
特征
准晶/非晶 材料及应用
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§6.2 快速凝固原理、技术及其传热特点—快速凝固原理
快速凝固的内涵
定义1：从液态到固态的冷却速度大于某一临界冷却速率的 凝固过程（103 K/s）。
定义2：由液相到固相的相变过程进行得非常快，从而获得 普通铸件和铸锭无法获得的成分、相结构和显微结构的凝固 过程。
27
§6.2 快速凝固原理、技术及其传热特点—快速凝固技术
02
急冷凝固技术—雾化技术—雾化法
基本原理：以水、气作为冷却介质（水雾化 /气雾化），冲击金属流，冷却速率可达104～ 107 K/s 。
特点：（1）可以大批量生产预合金粉末； （2）粉体可以通过各种不同的固结方法（粉 末冶金方法）加工成块体坯料或成形零件。
§6.6 非晶态合金
3
§6.1 引言
普通凝固过程存在的问题：
冷却速度慢 凝固速度小
常规工艺下金属的冷却速度一般不会超过102 ℃/S
大型砂型铸件及铸锭凝固时的冷却速度约为：10-6 ~10-3 ℃/S；中等铸件及铸锭约为10-3~100 ℃/S； 薄壁铸件、压铸件、普通雾化约为100~102 ℃/S
快速凝固微晶材料
快速凝固铝合金
强化原理
铸造铝合金在凝固时容易形成的粗大夹杂， 这些夹杂往往含有Fe和Si，将恶化合金的成 形性、断裂韧性和持久性能，对疲劳、腐蚀、 应力腐蚀和蠕变等性能也有影响，而快速凝 固能扩大固溶极限，使这些夹杂全部固溶或 呈细小弥散颗粒，因此增加了固溶强化 和时效强化作用。
快速凝固铝合金
元素 Cr Cu Fe Mg Mn Ni Si 平衡态最大溶解度 （原子% ） 0.44 2.5 0.025 18.9 0.7 0.023 1.59 温度K 934 821 928 723 923 913 850
快速凝固铝合金实例
轻合金
铝-锂合金延性和断裂韧性不佳的原因主要是 变形时(Al3Li)沉淀颗粒的剪切作用，使合金产生明 显的平面滑移。后来的研究是设法引入第二相以阻 止位错剪切。均匀分布的无剪切作用的(Al2CuMg) 相能十分有效地阻碍了位错的运动。但是，为了获 得均匀分布的相，必须进行塑性加工，而且往往需 要延展形式的加工，例如锻造、挤压等。
典型快速凝固耐热铝合金应用
气体涡轮发动机（压缩机翼和叶片） 火箭和导弹（舵和火箭助推器壳体） 飞机骨架 飞机轮（不能用钛合金，因为钛易燃） 内燃机（连杆、活塞零件）
快速凝固镁合金
这些缺点包括： Mg具有滑移系少，在温度不高时不易产生塑性变形。
研究背景
镁及其合金在平衡或接近平衡的常规铸造条件下，微观组织和结 构存在许多缺点，因而长期以来没有作为结构材料得到很好的使用。
快速凝固镁合金实例
性 能
与常规镁合金相比，快速凝固镁合金的室温强度、延性、高温力学性 能和耐蚀性能都有了明显的改善。 快速凝固Mg-2mass％Si、Mg-6％Si、和Mg-4.5％Ba、Mg-8.3％B合金中， 分别形成了弥散的Mg2Si和Mg2Ba沉淀相，在317℃时的强度比常规的ZK60 合金提高了3~5倍。 3~5 快速凝固ZK60合金在60℃挤压成型后的屈服强度并铸造并锻造后成分相 同的合金提高了120MPa，抗拉强度提高60MPa，同时还具有很好的延性。 经过成分改进的Mg-9mass％Li合金(加入2mass％Si或者Ce)的屈服强度 和抗拉强度都比常规锻造Mg-9mass％Li合金提高了50~60％。 除了强度的提高外，快速凝固后晶粒的细化和在合金中加入Ni、Li、Si、 Pd、Pt、Sb、Ge、Sc和In等合金元素使合金中形成了具有立方结构的相都 有效地改善了Mg合金的延性。
第二章快速凝固
第二章快速凝固技术2.1快速凝固技术概论快速凝固指的是在比常规工艺过程中快得多的冷却速度下，金属或合金以极快的速度从液态转变为固态的过程。
由于由液相到固相的相变过程进行的非常快，快速凝固材料可以获得普通铸件和铸锭无法获得的成分、相结构和显微结构。
目前，快速凝固技术是冶金领域和金属材料专业研究的重要领域。
在金属凝固过程中，凝固系统的传热强度及凝固速率对凝固过程及合金组织有着直接而重要的影响。
常规工艺下金属凝固的冷却速度一般不会超过102 K/s，通常大型砂型铸件及铸锭凝固时的冷却速度约为：10-6-10-3 K/s,中等铸件及铸锭约为10-3-100 K/s；薄壁铸件、压铸件、普通雾化约为100-102 K/s。
快速凝固的金属冷却速度一般要达到106-109 K/s。
经过快速凝固的合金，会出现一系列独特的结构与组织现象。
上世纪60年代美国加州理工学院Duwez等人采用一种特殊的熔体急冷技术，首次使液态合金在大于107 K/s的冷却速度下凝固。
他们发现，在这样快的冷却速度下，本来是属于共晶系的Cu-Ag合金中，出现了无限固溶的连续固溶体；在Ag-Ge 合金系中，出现了新的亚稳相；而共晶成分Au-Si (XSi=25%)合金竟然凝固为非晶态的结构，获得了金属玻璃。
这些发现，在世界物理冶金和材料科学工作者面前展现了一个新的广阔的研究领域。
70年代出现了利用快速凝固技术制备的晶态材料，80年代人们逐渐把注意力转向各种常规金属材料的快速凝固制备上，90年代大块非晶合金材料的开发应用取得了重大进展。
目前，快速凝固技术已成为冶金工艺学和金属材料学的一个重要分支。
快速凝固技术既是研究开发新材料的手段，也是新材料生产提高产品质量、降低生产成本的基础。
2.2 快速凝固的组织特征合金的组织结构与合金的凝固模式密切相关。
在过冷不断加深的过程中，合金的组织及结构将发生变化，图2-1 示出了冷却速度加快引起的凝固组织的变化框图。
浅谈镁合金晶粒细化的方法和意义
浅谈镁合金晶粒细化的方法和意义重庆大学材料科学与工程学院材料科学专业摘要 简述了镁合金的工程运用现状和细化晶粒的益处；以镁合金晶粒细化方法为主线，对镁合金在熔体阶段的过热处理、添加变质剂、物理场法、动态晶粒细化和快速凝固法，以及镁合金固态阶段的锻造、挤压、轧制和剧烈塑性变形等细化晶粒的方法进行了总结。
同时，归纳了镁合金细化晶粒的意义。
关键词 镁合金 晶粒细化 熔体 固态形变1 背景介绍纯镁是银白色金属，熔点651℃，密度为1.74×103kg/m3，是最轻的工程金属[1]。
镁合金具有密度低、比强度高、比刚度高、减振和抗冲击性能好等优点，而且还具有较好的尺寸稳定性和机械加工性能及低廉的铸造成本。
在汽车、电子、通信、航空航天、国防和3C 等行业都拥有广泛的应用前景。
但是镁合金密排六方的晶体结构特点，决定了在室温条件下独立滑移系少，导致室温塑性低、变形加工困难和变形容易开裂等阻碍了镁合金材料的广泛应用。
其次，镁合金强度偏低，无法应用于受力较大的工程环境，也成为镁合金大规模运用的一大瓶颈。
所有提高镁合金的室温塑性变形能力和强度有利于镁合金工程应用的普及和推广[2~5]。
细化晶粒是唯一可以提高金属构件强度的同时，又提高塑性的方法。
根据Hall-petch 公式210s -+=d k y σσ，材料的强度随着晶粒尺寸的减小而增大。
镁合金具有很大的系数k y ，所有，细化晶粒能够显著的提高镁合金的强度[6]。
而且，由于有细小均匀晶粒的材料发生塑性变形时，各晶粒分担一定的变形量，使变形更加均匀，位错在晶界处塞积少，应力集中小，材料开裂的倾向减小，从而提高材料的塑性。
2 晶粒细化方法目前用于工程和科研中有很多细化镁合金晶粒的方法，笔者综合相关论文报道将镁合金晶粒细化分为两个阶段细化：熔体阶段细化和固态形变处理细化。
2.1 熔体阶段细化2.1.1 过热处理法过热处理是浇注前将熔体温度升高并保持一段时间后再降温至浇注温度进行浇注的工艺过程。
快速凝固Al—2.5Ti—2.5Fe合金显微组织及热稳定性的研究
（ 肥 工 业 大 学 材 料 学院 ， 徽 合 肥 ２０ ０ ） 合 安 ３ ０ ９
摘
要 ：采用单辊 旋铸技术制备 Ａ —． Ｔ 一．Ｆ 台金 薄带 ． １２ ５ ｉ２５ ｅ 利用 Ｄ Ｃ分析பைடு நூலகம்、 Ｓ ｘ射线衍射 和透 射 电镜来 分析该 台金
的急玲态和退 火态组织 ， 测定 了台金在不 同温度下退 火 ｌ ０ｈ后的显微硬度 。 结果表 明 ， 快速 凝 固 Ａ —．Ｔｉ ．Ｆ １２ ５ 一 ５ ｅ台金急 ２
ＣＡ Ｑｉ ｇ ｐ ｎｇ Ｏ ｎ － ｉ ，ＣＨＥ Ｙｉ ｉ ｇ． Ｕ ｏ ｇ Ｎ — ｎ ｑ Ｓ Ｙｎ
（ ｃ ｏ ｌｏ Ｍ ａｅ ｉｌ ｉｎ ｅ＆ Ｅｎ ｎ ｅ ｉｇ， ｅ ｅ Ｕｎｖ ｓｔ ｆ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ， ｅ ｅ ３ ０ ９． ｈ ｎ Ｓ ｈ ｏ ｆ ｔｒａｓＳｃｅ ｃ ｇｉｅｒｎ Ｈ ｆ ｉ ｉｅ ｉ ｏ ｃ ｎ ｌｇ Ｈ ｆ ｌ２ ０ ０ Ｃ ｉａ） ｒ ｙ
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快速凝固技术的应用
快速凝固技术的应用机103班田玉之 1010012084摘要：快速凝固指的是在比常规工艺过程中快得多的冷却速度下，金属或合金以极快的速度从液态转变为固态的过程。
快速凝固技术得到的合金与常规合金有着不同的组织和结构特征，对材料科学和其它学科的理论研究以及开展实际生产应用起了重要的作用。
Rapid solidification refers to than conventional process much faster cooling rate, metal or alloy in order to speed the transition from the liquid state to the solid state process. Rapid solidification technology of alloy and the conventional alloy has different organization and structure features, materials science and other disciplines of theoretical research and practical application of production关键词：快速凝固；镁合金；铝合金引言：随着科学技术的发展，对金属凝固技术的重视和深入研究, 形成了许多种控制凝固组织的方法, 其中快速凝固已成为一种具有挖掘金属材料潜在性能与发展前景的开发新材料的重要手段, 同时也成了凝固过程研究的一个特殊领域。
过去对凝固过程的模拟考虑了在熔融状态下的热传导和凝固过程潜热的释放, 不考虑金属在型腔内必然存在的流动以及金属在凝固过程中存在的流动。
目前快速凝固技术作为一种研制新型合金材料的技术已开始研究了合金在凝固时的各种组织形态的变化以及如何控制才能得到符合实际生活、生产要求的合金。
各种应用:一快速凝固技术在镁合金中的应用镁合金是所有结构金属中最轻的一种, 具有比重小, 比强度、比刚度高，耐冲击等一系列优点, 在汽车、电子电器、航空航天等领域具有广阔的应用前景, 但镁合金的加工成形性能及耐蚀性能较差, 大大限制了其发展. 目前, 国内在高性能镁合金的管、棒、板、型材及一些结构件方面基本上还是空白, 而传统的铸造冶金方法又难以满足材料的性能要求. 因此, 研究新的制备工艺和加工技术是发展高性能型材和结构件的必然之路. 快速凝固镁合金将成为未来变形镁合金的主要制备工艺. 70 年代初, 快速凝固实验表明, 镁基合金具有明显的非晶形成能力, 非晶态镁合金主要是通过快速凝固合金熔体制备, 非晶态镁合金的力学性能优异, 是潜在的结构材料. 除力学性能外, 非晶态镁合金的抗腐蚀性和储氢性能优良, 是一种很有发展前途的新型材料。
凝固速率对AlCoNiCrFe合金组织结构及性能的影响
凝固速率对AlCoNiCrFe合金组织结构及性能的影响吴兴财;张伟强;娄长胜;李文;付华萌【摘要】采用X-Ray衍射仪、金相显微镜、室温压缩测试、显微硬度测试手段,研究了AlCoNiCrFe高熵合金在三种不同凝固速率状态下形成合金的显微组织和力学性能影响.结果表明:AlCoNiCrFe高熵合金经不同凝固速率后因高熵效应及元素扩散困难而形成简单的BCC晶体结构,合金的晶格常数随凝固速率的升高而增大.凝固速率越高合金的组织变得越细小,喷铸后合金生成梅花状树枝晶.合金的压缩强度、硬度随凝固速率升高而增大,喷铸成直径为2mm的合金其综合力学性能最好,其硬度比母合金锭提高13.6％,其塑性达到最大38.1％.【期刊名称】《沈阳理工大学学报》【年(卷),期】2013(032)005【总页数】4页(P1-4)【关键词】凝固速率;高熵合金;显微组织;力学性能【作者】吴兴财;张伟强;娄长胜;李文;付华萌【作者单位】沈阳理工大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳 110159;沈阳理工大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳 110159;沈阳理工大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳 110159;沈阳理工大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳 110159;中国科学院沈阳金属研究所,辽宁沈阳 110016【正文语种】中文【中图分类】TG146近年来，自从台湾学者叶筠蔚教授提出了一种全新的合金设计理念即高熵合金［1-2］以来，由于高熵合金具有不同寻常的晶体结构和特性，而受到越来越多研究者的关注。
高熵合金也称为多主元高熵合金，其主要元素至少为5，其中每个元素都具有较高的原子分数，其原子分数为5% ～35%，高熵合金因主元数较多而表现出多主元主导的特点［3］。
高熵合金因具有高混合熵(其混合熵高于1.69R，R为气体常数)，抑制了脆性金属间化合物的出现，而形成简单的体心立方或面心立方结构甚至是非晶化［4］，相对于传统合金而言，高熵合金所得的相数远远低于平衡相率所预测的数目。
快速凝固技术
➢可以成功地用于生产铝、超合金、TiAl粉
（二） 离心雾化技术
液态金属在高速旋转的容器（盘、杯、坩埚、平板或凹板）的边缘上破 碎、雾化的技术。液态金属从坩埚或从熔化的母合金棒端浇注到旋转器上， 在离心力的作用下，熔融金属被甩向容器边缘雾化，喷射出金属雾滴，雾 滴在飞行过程中球化并凝固。整个过程（熔化、雾化、凝固）在惰性气体 环境中完成
• 要获得高于106 K/s的冷速，只能借助于热传导。
用热传导方法获得高的凝固速率的条件是：
➢ 液体金属与铸型表面必须良好接触； ➢ 液体层必须很薄； ➢ 液体与铸型表面从开始接触至凝固完了时间要尽
可能短。
1.2 快速凝固的物理冶金基础
（a）定向凝固
(b)体积凝固
图1-1 两种典型的凝固方式
q1-自液相导人凝固界面的热流密度；q2-自凝固界面导人固相的热流密；
1.4 快速凝固制备工艺
一、雾化技术
• （一）流体雾化 • （二）离心雾化技术 • （三）机械雾化技术 • （四）其它雾化技术
雾化技术
雾化法不是一个很新颖的技术，但却是工业生产中最常见的快凝方法 。 基本原理：将连续的金属熔体在离心力、机械力或高速流体 (气体或液体)冲击力等外力作用下分散破碎成尺寸极细小的雾 化熔滴，并使熔滴在与流体或冷模接触中迅速冷却凝固，凝 固后成呈粉末。
主要工艺方法：（根据熔炼方法、分离方式、冷却介质和冷却形式不尽相同）
气体雾化法、水雾化法、超声气体雾化法、紧偶合气体雾化法、高速旋转 筒雾化法、滚筒雾化法、穿孔旋转杯法、旋转离心雾化法、快速凝固雾化 法、真空雾化法、旋转电极雾化法、双轧辊雾化法、电—流体力学雾化法、 火花电蚀雾化法
机械合金化AlCuFe经退火形成准晶体的结构变化
机械合金化AlCuFe经退火形成准晶体的结构变化卞清;王晓;张明;李媛媛;徐云玲【摘要】To study the mechanism of AlCuFe quasicrystalline (QC) formation, the x-ray diffraction (XRD) and x-ray absorption fine structure (XAFS) were adopted. The combination of both the methods success fully overcame the difficulties in the analysis of the highly disordered structures. The results indicate that during the milling process, only Cu can incorporate into the lattice of Al to form an Al2Cu or Cu9Al4, which depends on the milling times. Fe remains t he original structure of bcc α-Fe. However, annealing can drive the o-Fe to react with Al and Al-Cu compounds. The main products are Al7Cu2Fe compound or Al (Cu, Fe) solid solution, respectively. Then at higher temperature the Al7Cu2Fe transforms into the icosa hedral Al55Cu20Fe15 quasicrystal.%为了研究AlCuFe准晶体的形成机理,采用了X射线衍射(XRD)和扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)2种分析技术,有效地克服了高度无序体系结构分析的困难.研究结果表明,在球磨过程中Cu原子进入Al的晶格点阵,经过不同球磨时间分别形成金属间化合物Al2 Cu或者Cu9 Al4,而Fe原子保持原来的体心立方(bcc) α-Fe结构不变；退火处理可以驱使α-Fe与Al和Al-Cu化合物反应,主要的产物分别为Al7 Cu2 Fe 化合物或者Al(Cu,Fe)固溶体；最后,在较高的温度下Al7Cu2Fe转变为Al65 Cu20 Fe15准晶体.【期刊名称】《解放军理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(012)005【总页数】5页(P507-511)【关键词】X射线衍射;X射线吸收精细结构;机械合金化【作者】卞清;王晓;张明;李媛媛;徐云玲【作者单位】解放军理工大学理学院,江苏南京211101;解放军理工大学理学院,江苏南京211101;解放军理工大学理学院,江苏南京211101;中国科学技术大学国家同步辐射实验室,安徽合肥230029;河海大学理学院,江苏南京210098【正文语种】中文【中图分类】TM271.3自从在Al86 Mn14合金中发现5次旋转对称结构［1］，已经有100多种金属合金形成准晶体，其中三元合金AlCuFe由于其极低的导电导热率、高硬度、低摩擦系数和强抗氧化性，引起人们很大的兴趣［2～6］。
金属凝固理论.
⾦属凝固理论.快速凝固理论与技术的研究及应⽤摘要快速凝固技术是近年来得到⼴泛发展和应⽤的新型材料的制备技术，其特点是具有较⾼的冷却速率和明显的⾮平衡效应。
本⽂介绍了快速凝固技术原理、快速凝固得到的组织特征及原因、快速凝固实现⽅法，并对快速凝固技术在制备镁合⾦、铝合⾦、铜合⾦、⾦属纳⽶结构材料中的应⽤作了详细介绍。
快速凝固技术得到的合⾦具有超细的晶粒度，⽆偏析或少偏析的微晶组织，新的亚稳相等与常规合⾦不同的组织和结构特征。
关键词快速凝固；凝固原理；凝固组织；快速凝固实际应⽤Research and Application of Rapid Solidification Theory and TechnologyABSTRACT Rapid solidification technology is the preparation technology of new materials and it is widely developed and applied in recent years.The characteristic of the rapid solidification technology is high velocity of cooling and obvious non-equilibrium effect. This paper mainly introduce the principle, structure and the realization method of rapid solidification technology. It also introduces the application of rapid solidification technology which is in magnesium alloy, aluminum alloy, copper alloy and metal nano structure material in detail. The alloy obtained by rapid solidification technology has ultrafine grain size, microcrystalline structure of segregation-free or less segregation, new metastable phase that conventional alloys do not possess. These features all owned by it surely play an important influence on the theoretical study and the need in actual production of material science and other subjects.KEY WORDS rapid solidification; theory of solidification; structure of solidification; practical application of rapid solidification 凝固是⾦属材料⽣产过程中材料冶⾦质量控制的关键环节。
快速凝固技术论文
快速凝固技术摘要：快速凝固已成为一种具有挖掘金属材料潜在性能与发展前景的开发新材料的重要手段, 同时也成了凝固过程研究的一个特殊领域。
过去对凝固过程的模拟考虑了在熔融状态下的热传导和凝固过程潜热的释放，不考虑金属在型腔内必然存在的流动以及金属在凝固过程中存在的流动。
目前快速凝固技术作为一种研制新型合金材料的技术已开始研究了合金在凝固时的各种组织形态的变化以及如何控制才能得到符合实际生活、生产要求的合金。
着重于大的温度梯度和快的凝固速度的快速凝固技术，正在走向逐步完善的阶段。
快速凝固技术一般指以大于105K/s-106K/s的冷却速率进行液相凝固成固相，是一种非平衡的凝固过程，通常生成亚稳相(非晶、准晶、微晶和纳米晶)，使粉末和材料具有特殊的性能和用途。
快速凝固技术得到的合金具有超细的晶粒度，无偏析或少偏析的微晶组织，形成新的亚稳相和高的点缺陷密度等与常规合金不同的组织和结构特征。
由于凝固过程的快冷，起始形核过冷度大，生长速率高，使固液界面偏离平衡，因而呈现出一系列与常规合金不同的组织和结构特征。
关键词：快速凝固理论研究组织特征快速凝固方法引言：随着科学技术的发展，对金属凝固技术的重视和深入研究, 形成了许多种控制凝固组织的方法, 其中快速凝固已成为一种具有挖掘金属材料潜在性能与发展前景的开发新材料的重要手段, 同时也成了凝固过程研究的一个特殊领域。
过去对凝固过程的模拟考虑了在熔融状态下的热传导和凝固过程潜热的释放, 不考虑金属在型腔内必然存在的流动以及金属在凝固过程中存在的流动。
目前快速凝固技术作为一种研制新型合金材料的技术已开始研究了合金在凝固时的各种组织形态的变化以及如何控制才能得到符合实际生活、生产要求的合金。
一凝固过程理论研究凝固过程中固液界面形态稳定性理论成分过冷理论成分过冷理论起源于凝固过程中溶质原子在固液界面上的富集。
这种富集的结果是在距固液界面前沿的液相中不同的距离内具有不同的溶质浓度，可由式表示。