【摘要】：采用透明模型合金丁二腈-2.0%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))乙醇(SCN-2.0%Eth),實時觀察了在單晶基材(001)晶面上進(jìn)行激光重熔時,掃描方向偏離基材[100]晶向不同角度時熔池內(nèi)枝晶生長的演化過程.研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)沿平行[100]晶向的方向進(jìn)行掃描時,熔池最后演變?yōu)閇010]枝晶列和[01ˉ0]枝晶列平行對稱生長;當(dāng)掃描方向與[100]晶向的夾角為20°時,整個熔池呈現(xiàn)不對稱振蕩生長模式,即一側(cè)一直呈[01ˉ0]枝晶列生長,另一側(cè)呈[100]枝晶列和[010]枝晶列相互競爭交替生長;當(dāng)掃描方向與[100]晶向的夾角達(dá)45°時,熔池一直呈現(xiàn)為[100]枝晶列和[01ˉ0]枝晶列相互垂直生長.根據(jù)枝晶擇優(yōu)生長準(zhǔn)則,建立了一個描述熔池內(nèi)枝晶生長行為的模型,很好地解釋了實驗結(jié)果.結(jié)果表明,熔池內(nèi)凝固組織受熔池形態(tài)和基材晶體取向共同影響.
【圖文】：

飩蘊?最終[100]枝晶列被完全淘汰,只剩下熔池兩側(cè)的[010]和[01ˉ0]枝晶列平行對稱生長(圖3b).熔池微觀組織的整個非穩(wěn)態(tài)競爭淘汰過程大約持續(xù)10s.最終形成的穩(wěn)態(tài)淚滴形熔池后尾角約71°.2.3掃描方向與[100]晶向偏轉(zhuǎn)20°圖4是P=2.0W,v=0.8mm/s,沿與單晶基材[100]晶向偏轉(zhuǎn)約20°的方向進(jìn)行激光重熔時SCN-2.0%Eth合金熔池內(nèi)枝晶的演化過程.可以看出,在最初的橢圓形熔池尾部,同樣存在[100],[010]和[01ˉ0]枝晶列(圖4a),但呈不對稱分布.在后續(xù)的演化中,熔池下側(cè)的枝晶一直呈現(xiàn)[01ˉ0]枝晶列,而上側(cè)圖1激光重熔實時觀察裝置示意圖Fig.1Schematicofrealtimeobservationapparatusofla-serremeltingprocess(x,y—coordinatesofthemo-tionplatform,v—scanningvelocity)圖2激光重熔熔池宏觀形態(tài)演化過程Fig.2Macroscopicmorphologyevolutionoflaserremeltingpoolwithlaserscanningtimet=1s(a),3s(b)and51s(c)494

庵厝凼匝猥兄瀉穸?約100mm的SCN-2.0%Eth合金試樣.實驗前,采用引晶法在試樣盒中外延生長形成一個SCN-2.0%Eth合金單晶,其晶粒的(001)晶面與試樣盒平面平行且〈100〉晶向與試樣盒長邊方向一致.隨后,將選好晶的試樣盒在40℃下保溫12h,以使合金均勻化.實驗采用的激光功率P=2.0W,掃描速度v=0.8mm/s.通過水平旋轉(zhuǎn)試樣盒,改變激光掃描方向與單晶試樣的[100]晶向之間的夾角.選取偏離[100]晶向0°,20°和45°的3個方向進(jìn)行激光重熔,對比考察單晶基材取向?qū)θ鄢貎?nèi)枝晶生長演化行為的影響.2實驗結(jié)果2.1熔池非穩(wěn)態(tài)演化過程圖2顯示了P=2.0W,v=0.8mm/s時,沿SCN-2.0%Eth合金單晶[100]晶向進(jìn)行激光重熔時熔池的宏觀形態(tài)非穩(wěn)態(tài)演化過程,圖中時間t是以激光開始掃描為起點.可以看出,隨著激光掃描的進(jìn)行,熔池形態(tài)從圓形轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓形,最后演化成穩(wěn)態(tài)的淚滴形.以熔池側(cè)面最寬處為分界線,熔池朝向掃描方向的前沿界面為熔化界面,后沿尾部界面為凝固界面.從最寬處到熔池尾部,凝固界面的溫度梯度逐漸降低,法向移動速度由零逐漸增高,界面形態(tài)將會經(jīng)歷從平界面到胞晶到樹枝晶的演化過程.凝固界面的演化代表著熔池微觀組織的形成歷程,因此,后文將重點針對熔池尾部凝固界面的演化行為進(jìn)行重點考察.2.2掃描方向平行[100]晶向圖3是P=2.0W,v=0.8mm/s,沿單晶基材[100]晶向進(jìn)行激光重熔時SCN-2.0%Eth合金熔池內(nèi)枝晶的演化過程.從圖中可以看出,在剛開始受輻照時,橢圓形熔池尾部存在沿[100],[010]和[01ˉ0]3個晶體學(xué)取向生長的枝晶列(圖3a).為了簡化,將此3種沿不同晶體學(xué)取向進(jìn)行生長的枝晶列分別命名為[100]枝晶列、[010]枝晶列和[01ˉ0]枝晶列.隨后,伴隨著熔池形狀向穩(wěn)態(tài)淚滴形演變,具有不同一次臂生長方向的枝晶列之間不斷競爭淘汰,最?
【作者單位】： 西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國家重點實驗室;
【基金】：國家自然科學(xué)基金項目51271213和51323008 國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目2011CB610402 中國博士后科學(xué)基金項目2013M542384 高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金項目20116102110016資助~~
【分類號】：TG111.4

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本文編號：2551662