【摘要】：定向凝固單晶高溫合金是先進高推比航空發(fā)動機渦輪葉片等熱端部件的關(guān)鍵材料。定向凝固單晶的制取,涉及到選晶和單晶生長兩個主要過程,前者是在眾多取向雜亂的晶粒中選取出與目標(biāo)取向一致的晶粒,后者則是在已選取晶粒的生長過程中,防止雜晶的產(chǎn)生或發(fā)展。這兩個過程都涉及到雜晶與目標(biāo)晶粒之間的競爭�，F(xiàn)有理論對晶粒競爭生長的描述通常基于過冷度影響枝晶尖端位置進而影響晶粒淘汰難易程度來進行分析,僅是定性地指出,平行于熱流方向生長的擇優(yōu)取向枝晶在與偏離熱流方向生長的非擇優(yōu)取向枝晶競爭過程中具有優(yōu)勢,而并沒有考慮到枝晶取向發(fā)生改變后,枝晶形貌、尖端形態(tài)及枝晶間距等重要特征參數(shù)的復(fù)雜變化對競爭過程的影響�；诖�,本文采用丁二腈-丙酮類金屬透明模型合金,考察了定向凝固過程中不同取向枝晶的生長行為和形貌特征,對比研究了純擴散及強制對流條件下,擇優(yōu)取向枝晶與非擇優(yōu)取向枝晶共存時二者的競爭生長行為及相關(guān)形貌特征參數(shù),以期為完善定向凝固枝晶競爭生長理論奠定重要的實驗和理論基礎(chǔ)。主要研究內(nèi)容及相關(guān)結(jié)論如下:1.不同取向枝晶的定向凝固生長行為從內(nèi)在原因和外部影響兩方面分析了定向凝固過程中決定枝晶取向的關(guān)鍵因素,以及枝晶生長方向變化對枝晶主軸形態(tài)、一次枝晶間距、側(cè)枝形態(tài)及二次間距等特征參數(shù)的影響。研究發(fā)現(xiàn),定向凝固過程中,枝晶主軸生長方向偏離熱流方向時,其尖端形態(tài)仍然保持對稱,并可以用拋物線進行擬合,其對稱軸平行于由晶粒內(nèi)在因素決定的晶體學(xué)優(yōu)先取向,而不是枝晶的實際生長方向。同時發(fā)現(xiàn),相對于平行于熱流方向生長的擇優(yōu)取向枝晶,偏離熱流方向生長的非擇優(yōu)取向枝晶具有更大的一次間距。2.純擴散條件下晶粒競爭生長行為探究了表征不同取向枝晶相互競爭淘汰方向及快慢的參數(shù)。基于匯聚競爭生長和發(fā)散競爭生長,研究了擇優(yōu)取向枝晶與非擇優(yōu)取向枝晶并存時,兩者在定向凝固過程中的淘汰關(guān)系。發(fā)現(xiàn)了匯聚競爭生長過程中,存在非擇優(yōu)取向枝晶淘汰擇優(yōu)取向枝晶的反常行為,并在實驗上首次確立了這種行為發(fā)生的誘因,即溶質(zhì)相互作用使得晶界處擇優(yōu)取向枝晶尖端振蕩降低并最終被淘汰。發(fā)散雙晶的競爭生長過程中,晶粒的淘汰方式并非只有擇優(yōu)取向枝晶淘汰非擇優(yōu)取向枝晶一種,實際上,當(dāng)擇優(yōu)取向枝晶的主軸生長方向與熱流方向存在偏離時,擇優(yōu)取向枝晶的生長位置也可能被占據(jù),進而被非擇優(yōu)取向枝晶淘汰。總體來說,枝晶淘汰的過程與擇優(yōu)取向枝晶同熱流方向的偏離程度及枝晶主軸新增頻率有直接的關(guān)系。3.對流對晶粒競爭生長行為的影響在定向凝固的固液界面前沿人為引入對流,研究了強制對流存在條件下,單個枝晶形態(tài)、取向的變化,及枝晶生長產(chǎn)生的新現(xiàn)象,并進一步考察了強制對流對不同取向枝晶的競爭行為的影響。研究發(fā)現(xiàn),對流增強了界面的起伏和波動,會引起枝晶尖端發(fā)生分叉,顯著減小擇優(yōu)取向枝晶一次間距,并對枝晶尖端位置分布產(chǎn)生較大的影響,同時,對流的存在將使非擇優(yōu)取向枝晶淘汰擇優(yōu)取向枝晶的反常淘汰行為更容易發(fā)生。特別是在較低的生長速度下,對流會使固液界面產(chǎn)生彎曲,導(dǎo)致匯聚型晶粒競爭生長過程中非擇優(yōu)取向枝晶被淘汰的現(xiàn)象發(fā)生,并增加了不同取向枝晶競爭淘汰的不確定性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG111.4

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