急冷Cu-Sn合金快速枝晶生长：相结构与组织演变

本文主要探讨了急冷条件下Cu-Sn合金（其中Cu的质量分数分别为7%和13.5%）的快速枝晶生长特性。作者通过将金属熔体的热传导方程与Navier-Stokes方程相结合，对液态合金在快速冷却过程中的冷却速率进行了理论计算。研究发现，在急冷快速凝固状态下： 1. Cu-7%Sn合金形成过饱和的单一α-Cu固溶体组织，这意味着在快速冷却下，铜元素能够溶解在锡中，形成均匀的固溶体结构。 2. Cu-13.5%Sn合金则呈现出更为复杂的组织，以亚稳的Ca13.7Sn相为主相，α-Cu作为次要相存在。这种合金在快速凝固过程中显示出复相结构，但随着冷却速度增加，溶质截留效应增强，最终可能转变为单相组织。 3. 在垂直于铸轧面的方向上，合金的微观结构表现出显著的区域差异：靠近铸轧面区域有细小的等轴晶，中部是柱状晶，而在自由表面附近则有粗大的等轴晶。这表明冷却速率的变化对晶体形态有着显著影响。 4. 随着冷却速率的增大，晶体形态从柱状晶逐渐转变为等轴晶，这反映了冷却速度对枝晶生长方向和尺寸控制的重要性。同时，α-Cu和Cu13.7Sn相均以枝晶形式生长，且其生长速率与温度梯度呈线性关系。 本文的研究对于理解Cu-Sn合金在极端冷却条件下的微观结构演化以及控制枝晶生长具有重要的理论价值，对于实际工程应用，如金属材料的铸造和加工工艺优化提供了理论指导。