过冷度对纯镍熔体凝固树枝晶影响研究

"过冷对纯镍熔体凝固过程中树枝晶侧向分枝的影响 (2007年)，作者：田卫星、刘健、苏玉鸿飞、李兴文、回学雷" 这篇论文深入探讨了过冷度对纯镍熔体凝固过程中树枝晶形态的影响。在金属凝固过程中，树枝晶的形成是一种常见的现象，它是指在晶体生长时，晶粒呈现出类似树状的分支结构。过冷是金属熔体冷却过程中，实际温度低于理论结晶温度的状态，这会直接影响金属的凝固过程和微观结构。 在相场模拟这一科研方法的支持下，研究人员能够捕捉和分析液态金属界面对晶体生长的影响。他们发现随着熔体过冷度的增加，晶体内部的二次枝晶变得更加发达，这意味着更多的侧向分支形成，这种现象与过冷度成正比。二次枝晶的增多有助于提高材料的机械性能，因为它们可以增加材料的晶界，从而改善其韧性和强度。 进一步的研究显示，当过冷度达到一定程度时，一次枝晶可能出现颈缩现象，这是由于局部热应力和对流作用导致的。颈缩后的枝晶可能会在这些薄弱点熔断，从而导致晶粒的细化。晶粒细化是提高材料性能的重要途径，因为它能增加材料的表面积，使得位错更加难以传播，进而提高材料的硬度和抗拉强度。 此外，过冷度还会影响金属的凝固速度和微观结构的均匀性。过冷度大的熔体通常会导致更快的凝固速度，这可能产生更细小、更均匀的晶粒，对材料的整体性能有积极影响。然而，过大的过冷度也可能导致不稳定性，如对流的增强，这可能会破坏晶体生长的均匀性，形成非典型的微观结构。 该研究揭示了过冷度在纯镍熔体凝固过程中对树枝晶侧向分枝和晶粒细化的重要作用，这对理解和优化金属材料的制备工艺具有重要的理论与实践意义。通过精确控制过冷度，可以有效地调控金属材料的微观结构，从而定制其物理和机械性能，满足不同工业应用的需求。