增刊1 郑宏光等：Zr对Fe-36Ni因瓦合金凝固组织和热塑性的影响 ·147· (a) 3mm 3mm 图2柱状品的生长形态.(a)1合金：(b)2*合金 Fig.2 Growth morphology of columnar grains:(a)alloy 1;(b)alloy 2 100 1000℃的脆性区完全得到抑制，热塑性良好的温度 90 区间向低温区扩大了100℃，扁锭热塑性得到明显 80 提高. 2合金 50 3分析和讨论 “合金 40 3.1凝固组织细化的机理分析 30 20 从图1和图2可见，添加0.081%Zx处理后， Fe-36Ni因瓦合金的凝固组织得到明显的细化.利 8509009501000105011001150 实验温度C 用扫描电镜结合能谱仪对添加0.081%Z红r后凝固 图3实验合金的断面收缩率 组织中的夹杂物颗粒进行分析，如图4所示.结果 Fig.3 Area reduction of tested alloys 表明，等轴晶内有大量的ZO2颗粒存在.当加入Zr 70%,展现了良好的热塑性；在1000和950℃，1"合 后，其与熔体中残余的氧反应，形成的脱氧产物 金热塑性恶化，断面收缩率小于50%，但是2"合金 Z0,弥散分布于合金液中.Z02的熔点约为2680 断面收缩率大于60%，依旧展现了良好的热塑性； ℃，在合金的冶炼温度下，为固相颗粒，这些高熔点 温度小于950℃时，两者断面收缩率均小于50%，热 的固相颗粒在一定的条件下可能作为液态合金凝固 塑性较差.可见，合金添加0.081%Zr后950~ 过程中的非均质形核核心 400 300 200 100H 能量keV (a) 图4等轴品内的ZO2颗粒的微观形貌(a)及能谱结果(b) Fig.4 SEM morphology (a)and EDS analysis (b)of ZrO2 particle in equiaxed grains 根据Tumnbull和Vonnegut提出的非均质形核理 度越小，效果越明显切 论，形核剂能否促进液相金属形核，一般来说，需 ZrO2和Fe-36Ni合金基体在室温及熔点附近的 具备以下两个条件：一是具有高于液相熔点的高熔 晶格常数如表2所示.Bramfit提出了适用于化合物 点相，在液相中提供液相金属的非均匀形核界面：二 相与新结晶相晶体结构不同时的非均质形核 是高熔点相与基体金属在某些低指数面具有很低的 公式0切： 错配度，错配度越低，转变所需的界面能越小，越易 d na"cos-d[i 形核.一般认为，当两相间的错配度小于12%时，高 ×100 d [and 熔点的化合物可以作为非自发形核核心，而且，错配 (1)增刊 1 郑宏光等: Zr 对 Fe--36Ni 因瓦合金凝固组织和热塑性的影响 图 2 柱状晶的生长形态． ( a) 1# 合金; ( b) 2# 合金 Fig． 2 Growth morphology of columnar grains: ( a) alloy 1# ; ( b) alloy 2# 图 3 实验合金的断面收缩率 Fig． 3 Area reduction of tested alloys 70% ，展现了良好的热塑性; 在 1000 和 950 ℃，1# 合 金热塑性恶化，断面收缩率小于 50% ，但是 2# 合金 断面收缩率大于 60% ，依旧展现了良好的热塑性; 温度小于 950 ℃时，两者断面收缩率均小于 50% ，热 塑性 较 差． 可 见，合 金 添 加 0. 081% Zr 后950 ～ 1000 ℃的脆性区完全得到抑制，热塑性良好的温度 区间向低温区扩大了 100 ℃，扁锭热塑性得到明显 提高． 3 分析和讨论 3. 1 凝固组织细化的机理分析 从图 1 和图 2 可见，添加 0. 081% Zr 处理后， Fe--36Ni 因瓦合金的凝固组织得到明显的细化． 利 用扫描电镜结合能谱仪对添加 0. 081% Zr 后凝固 组织中的夹杂物颗粒进行分析，如图 4 所示． 结果 表明，等轴晶内有大量的 ZrO2颗粒存在． 当加入 Zr 后，其与熔体中残余的氧反应，形成的脱氧产物 ZrO2弥散分布于合金液中． ZrO2 的熔点约为 2680 ℃，在合金的冶炼温度下，为固相颗粒，这些高熔点 的固相颗粒在一定的条件下可能作为液态合金凝固 过程中的非均质形核核心． 图 4 等轴晶内的 ZrO2颗粒的微观形貌( a) 及能谱结果( b) Fig． 4 SEM morphology ( a) and EDS analysis ( b) of ZrO2 particle in equiaxed grains 根据 Turnbull 和 Vonnegut 提出的非均质形核理 论［16］，形核剂能否促进液相金属形核，一般来说，需 具备以下两个条件: 一是具有高于液相熔点的高熔 点相，在液相中提供液相金属的非均匀形核界面; 二 是高熔点相与基体金属在某些低指数面具有很低的 错配度，错配度越低，转变所需的界面能越小，越易 形核． 一般认为，当两相间的错配度小于 12% 时，高 熔点的化合物可以作为非自发形核核心，而且，错配 度越小，效果越明显［17］． ZrO2和 Fe--36Ni 合金基体在室温及熔点附近的 晶格常数如表 2 所示． Bramfit 提出了适用于化合物 相与新结晶相晶体结构不同时的非均质形核 公式［17］: δ ( hkl) s ( hkl) n = ∑ 3 i = 1 d［uvw］i s ·cosθ － d［uvw］i n d［uvw］i n × 100 3 ． ( 1) ·147·