D01:10.133741.ism100103x.2009.07.B3 第31卷第7期 北京科技大学学报 Vol.31 No.7 2009年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jul 2009 AS合金快速等轴凝固界面响应函数及组织选择 梁红玉12)张勇)毛协民到 1)北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京1000832)太原工业学院机械工程系，太原030008 3)上海大学材料科学与工程学院，上海200072 摘要在快速枝晶及共晶生长理论模型基础上，使用最高界面生长温度判据，建立了共晶合金快速等轴凝固界面响应函数 (IRF)模型，分析了A一Si合金系各种相及组织的竞争生长，绘制了非平衡组织选择图.计算结果与实验结果基本吻合，说明 所建立的界面响应函数模型可以较好地预测A一S:合金等轴凝固过程中的非平衡组织选择及形态演化. 关键词共晶合金：快速凝固：竞争生长组织选择 分类号TG146.2+1 Interface response function and microstructure selection for Al-Si alloys during rapid equiaxed solidification LIANG Hong-yu2.ZHANG Yong,MAO Xie-min3) 1)State Key Laborat ory for Advanced M etals and Material,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Department of Mechanical Engineering.Taiyuan Institute of Technology.Taiyuan 030008.China 3)School of Materials Science and Engineering.Shanghai University.Shanghai 200072,China ABSTRACT On the basis of the rapid grow th model for dendrite and eutectic and the criterion of the highest temperature for inter- face grow th,an interface response function (IRF)of eutectic alloys during rapid equiaxed solidification was established.With the IRF.competitive grow th betw een the primary and eutectic phases of Al-Si alloys was investigated and a microstructure selection map of Al-Si alloys during norrequilibrium solidification was constructed.The calculation results show a good agreement with those of at- omization experiments.indicating that the IRF model can be used to predict satisfactorily the micnostructure selection ad evolution of A上Si alloys.. KEY WORDS eutectic alloys rapid solidification competitive growth:microstructure selection 过共晶ASi合金具有密度小、热膨胀系数低、 性能有很大的影响，研究过共晶ASⅰ合金在快速 导热性好、足够的高温强度和耐磨等特点，是理想的 凝固过程中组织的演变规律，对于准确控制该合金 发动机活塞材料.但是，采用普通铸造工艺生产过 的凝固组织及形态，提高材料在实际生产中的应用 共晶ASi合金时，粗大的硅相严重割裂了基体的 价值具有很大的指导意义. 连续性，使合金的强度、韧性显著下降.快速凝固技 刘东明等应用群体动力学模型，同时考虑形核 术可以克服普通铸造方法的缺点，充分发挥材料的 和晶粒长大的共同作用，研究了共晶ACu合金液 潜能.在快凝雾化制粉过程中，随着液滴尺寸的减 滴在近平衡快速凝固过程中的组织演化4；傅恒志 小，冷却速度增加，当液滴尺寸达到某一临界值时合 等应用充分形核及成分过冷准则分析包晶合金低速 金进入非平衡凝固状态，将形成许多形态各异的非 平界面凝固前沿的成分分布，研究不同相形核生长 平衡凝固组织到，微观组织的改变对材料的各种 的条件，预言了包晶合金凝固组织中新相的形 收稿日期：200809-21 基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目(No.2007CB613903) 作者简介：梁红玉(1968一），女，教授，博士后，E-mil:hy0351@163.mmAl-Si 合金快速等轴凝固界面响应函数及组织选择 梁红玉1, 2) 张 勇1) 毛协民3) 1) 北京科技大学新金属材料国家重点实验室, 北京 100083 2) 太原工业学院机械工程系, 太原 030008 3) 上海大学材料科学与工程学院,上海 200072 摘 要 在快速枝晶及共晶生长理论模型基础上, 使用最高界面生长温度判据, 建立了共晶合金快速等轴凝固界面响应函数 ( IRF) 模型, 分析了 Al-Si 合金系各种相及组织的竞争生长, 绘制了非平衡组织选择图.计算结果与实验结果基本吻合, 说明 所建立的界面响应函数模型可以较好地预测 Al-Si 合金等轴凝固过程中的非平衡组织选择及形态演化. 关键词 共晶合金;快速凝固;竞争生长;组织选择 分类号 TG146.2 +1 Interface response function and microstructure selection for Al-Si alloys during rapid equiaxed solidification LIANG Hong-y u 1, 2) , ZHANG Yong 1) , MAO Xie-min 3) 1) St at e Key Laborat ory for Advanced M etals and Materials, University of S cience and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Department of Mechani cal Engineering, Taiyuan Institut e of Technology, Taiyuan 030008, China 3) School of Mat erials Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai 200072, China ABSTRACT On the basis of the rapid grow th model for dendrite and eutectic and the criterion of the hig hest temperature for inter￾face grow th, an interface respo nse function ( IRF) of eutectic alloy s during rapid equiax ed solidification was established.With the IRF, competitive grow th betw een the primary and eutectic phases of Al-Si alloy s was investigated and a microstructure selection map of Al-Si alloys during non-equilibrium so lidification was constructed .The calcula tio n results show a good agreement with those of at￾omization ex periments, indicating that the IRF model can be used to predict satisfactorily the micro structure selectio n and evolution of Al-Si alloys . KEY WORDS eutectic alloys;rapid solidifica tio n;competitiv e g rowth ;microstructure selectio n 收稿日期:2008-09-21 基金项目:国家重点基础研究发展计划资助项目( No .2007CB613903) 作者简介:梁红玉( 1968—) , 女, 教授, 博士后, E-mail:lhy0351@163.com 过共晶 Al-Si 合金具有密度小、热膨胀系数低 、 导热性好 、足够的高温强度和耐磨等特点, 是理想的 发动机活塞材料.但是, 采用普通铸造工艺生产过 共晶 Al-Si 合金时, 粗大的硅相严重割裂了基体的 连续性, 使合金的强度、韧性显著下降 .快速凝固技 术可以克服普通铸造方法的缺点, 充分发挥材料的 潜能.在快凝雾化制粉过程中, 随着液滴尺寸的减 小, 冷却速度增加, 当液滴尺寸达到某一临界值时合 金进入非平衡凝固状态, 将形成许多形态各异的非 平衡凝固组织[ 1-3] .微观组织的改变对材料的各种 性能有很大的影响, 研究过共晶 Al-Si 合金在快速 凝固过程中组织的演变规律, 对于准确控制该合金 的凝固组织及形态, 提高材料在实际生产中的应用 价值具有很大的指导意义. 刘东明等应用群体动力学模型, 同时考虑形核 和晶粒长大的共同作用, 研究了共晶 Al-Cu 合金液 滴在近平衡快速凝固过程中的组织演化[ 4] ;傅恒志 等应用充分形核及成分过冷准则分析包晶合金低速 平界面凝固前沿的成分分布, 研究不同相形核生长 的条件, 预言了包晶合金凝固组织中新相的形 第 31 卷 第 7 期 2009 年 7 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .31 No.7 Jul.2009 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2009.07.033