[發(fā)明專利]一種定向凝固界面前沿溫度梯度半定量計算方法無效
| 申請?zhí)枺?/td> | 01106389.0 | 申請日： | 2001-04-02 |
| 公開（公告）號： | CN1379238A | 公開（公告）日： | 2002-11-13 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 鄭啟;侯桂臣;金濤;孫曉峰;管恒榮;胡壯麒 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國科學(xué)院金屬研究所 |
| 主分類號： | G01N25/04 | 分類號： | G01N25/04 |
| 代理公司： | 沈陽科苑專利代理有限責(zé)任公司 | 代理人： | 許宗富,周秀梅 |
| 地址： | 110015 遼*** | 國省代碼： | 遼寧;21 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 定向 凝固 界面 前沿 溫度梯度 定量 計算方法 | ||
本發(fā)明屬于合金定向凝固研究，具體地說是一種定向凝固界面前沿溫度梯度半定量計算方法。
在合金定向凝固(包括單晶生長)實驗研究與工藝技術(shù)中，一個最為關(guān)鍵的凝固參數(shù)是凝固界面前沿的溫度梯度GL，它對合金的凝固行為和凝固組織產(chǎn)生重要影響，直至影響合金的力學(xué)性能。凝固界面形態(tài)是定向凝固過程中最重要的凝固現(xiàn)象之一，界面穩(wěn)定性即與溫度梯度相關(guān)，是界面前沿溫度梯度和成分過冷耦合的結(jié)果，沃·安·蒂勒，凱·安·杰克遜，喬·沃·魯特和比·查爾瑪，金屬凝固過程中溶質(zhì)原子再分配，冶金學(xué)報，1953，1，428(W.A.Tiller，K.A.Jackson，J.W.Rutter?and?B.Chalmers，The?Redistribution?During?the?Solidificationof?Metals，Acta?Metall，1953，1，428)以及喬·沃·魯特和比·查爾瑪，加拿大物理期刊，1953，31，15(J.W.Rutter?and?B.Chalmers，Can.J.Phys.，1953，31，15)中，Chalmers及其合作者提出的平面凝固界面穩(wěn)定性表達式為：
??????G/R＝ΔT/D.....................................(1)
式中G為凝固界面前沿溫度梯度，R為凝固界面推進速度，ΔT為合金的凝固區(qū)間(液相線溫度與固相線溫度差)，D為液相中的擴散系數(shù)。當(dāng)G/R≥ΔT/D時，凝固界面保持平面生長；當(dāng)G/R＜ΔT/D時，平界面失去穩(wěn)定性，向胞晶或枝晶發(fā)展，并且即使以其中一種方式生長時，改變G/R也顯著影響組織形貌。現(xiàn)代定向凝固技術(shù)的發(fā)展正是以不斷提高溫度梯度為標(biāo)志，由此可見溫度梯度在定向凝固理論和技術(shù)上的重要地位，是凝固理論與技術(shù)工作者最為關(guān)心的問題。
獲得實際凝固過程溫度梯度的直接方法是實驗測試，但實際的凝固實驗往往為了保證樣品的完整性，不允許在樣品上設(shè)置測溫元件，也就不能實現(xiàn)測試。通常在同一部定向爐中進行的所有凝固實驗報出同一溫度梯度值與實際溫度梯度存在偏差，原因是實驗材料、樣品結(jié)構(gòu)以及實驗參數(shù)都是變量，所以凝固過程溫度梯度也是變值。另外，計算機熱場模擬技術(shù)是獲得凝固過程溫度梯度的又一途徑，但其結(jié)果常常缺少對具體樣品的適應(yīng)性，反映不出其細節(jié)來。
本發(fā)明的目的是提供一種無須重復(fù)進行熱場測試的凝固樣品定向凝固界面前沿溫度梯度半定量計算方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：對一種材料的凝固樣品做一次性初始熱場測試，計算得到該材料性質(zhì)系數(shù)項A；對其它同材料凝固試驗樣品，只需直接引用初始試驗得到的系數(shù)項A并代入一次枝晶間距λ1，及已知的抽拉速度R，便可計算得到凝固界面前沿的溫度梯度，具體為：
(1)初始熱場測試：在一種材料的凝固樣品中設(shè)置測溫電偶，并定向凝固，抽拉速度為1mm/min～25mm/min，保溫溫度為1450～1800℃，測取凝固過程熱分析數(shù)據(jù)和曲線；
(2)確定合金A參數(shù)：
1)截取凝固樣品預(yù)定橫截面，制備宏觀金相樣品以及10～300倍金相照片；用一已知面積S的漏板，覆蓋在照片上，讀出所述已知面積S內(nèi)的一次枝晶數(shù)目n，并取至少3個視場，取其n值的平均值N；根據(jù)所述熱分析數(shù)據(jù)和曲線，計算對應(yīng)橫截面的凝固界面前沿溫度梯度GL；
2)將已知面積S和一次枝晶數(shù)N代入公式λ1＝(4S/31/2(2N-(12N-3)1/2+1))1/2或λ1＝(2S/31/2N)1/2≈1.075(S/N)1/2求得一次枝晶間距λ1；3)將所述一次枝晶間距λ1，所述樣品凝固時的抽拉速度R和測試計算得到的溫度梯度GL代入公式λ1＝AGL-0.5R-0.25，求得對應(yīng)于該合金的系數(shù)A，做為常數(shù)；
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