等轴晶在过热溶液落管中的下落熔化特性研究.pdfVIP

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 62, No. 1 (2013) 018105 等轴晶在过热溶液落管中的下落熔化特性研究* † 周鹏 王猛 林鑫 陈磊 邱丰 黄卫东 ( 西北工业大学凝固技术国家重点实验室, 西安 710072 ) ( 2012 年7 月1 日收到; 2012 年8 月17 日收到修改稿) 研究了NH Cl 等轴晶在过热NH Cl-70 wt%H O 溶液落管内熔化中的形貌演化过程, 并分析了溶液过热度及等 4 4 2 轴晶初始尺寸对其下落速度和熔化速率的影响规律和机理. 结果表明: 等轴晶在过热溶液中下落时, 若不发生旋转, 其形貌由准轴对称形貌演变成非轴对称准三角形貌；若发生旋转, 则有助于保持其准轴对称形貌. 通过分析不同条 件下等轴晶下落时的阻力系数, 认为提高溶液过热度可获得更为光顺的等轴晶外形, 增大其下落速度. 等轴晶初始 尺寸越大, 其形貌复杂性提升及下落速度增大, 会导致熔化速率加快. 在等轴晶下落熔化的过程中, 逐渐减小的下落 速度减弱了界面前沿对流传质条件, 使得单个等轴晶的熔化速率基本保持恒定. 关键词: 等轴晶, 枝晶形貌, 下落速度, 熔化速率 PACS: 81.30.Fb, 64.60.Q−, 64.70.dj, 47.57.ef DOI: 10.7498/aps.62.018105 对等轴晶熔化的影响会造成显著偏差, 因此研究等 1 引言 轴晶与过热熔体的相对运动对其熔化过程的影响, 则具有重要的实际意义. 凝固相变是自然界及工业界常见的相变过程. 本文选用NH Cl-H O 溶液作为模型合金, 利 以铸造生产为例, 通过凝固相变往往形成等轴晶 4 2 12 用其凝固、熔化过程与金属的相似性 , 对其在 区、柱状晶区和激冷区三种典型的组织分布. 由 过热溶液中形态演化过程进行直接观察, 考察等轴 于均匀分布的细小等轴晶组织能显著提高材料 晶在溶液中的运动方式、初始尺寸及过热度对其 的强度、韧性、延展性、疲劳强度及应力腐蚀阻 12 熔化速率的影响, 以期精确描述等轴晶的熔化规律 抗力 , 等轴晶的形成及演化过程和机理成为了 和机理. 研究者们关注的重要课题. 在非均质形核、型壁晶 粒脱落、枝晶臂折断和熔断以及表面晶雨这4 种 等轴晶形成机理3−6 的假说中, 等轴晶的迁移行为 2 实验方法 对于其演化及增殖均产生重要影响. 不管以何种机 理形成的等轴晶, 在铸件内部熔体对流作用下都可 实验采用NH Cl-70 wt% H O 溶液, 主要的物 4 2 7 性参数列于表1. 实验装置如图1 所示, 包括如下组 能漂移