昝 斌，朱 繁，王平義

(金川集團股份有限公司 鎳鈷資源綜合利用國家重點實驗室，甘肅 金昌737100)

1 試驗材料及方法

對厚度5.5mm 的純鎳板材(合金牌號N6)進行等離子焊接(圖1)。板材化學成分(質(zhì)量分數(shù)，%)為，(Ni+Co)99.7，Cu 0.003，Si 0.032，Mn 0.031，C 0.007，Mg 0.015，S 0.001，P 0.0004，F(xiàn)e 0.027。

圖1 N6板材等離子焊接后照片F(xiàn)ig.1 Picture of N6 plate after plasma wedding

2 試驗結(jié)果

對N6板材焊接區(qū)取方塊試樣，沿試樣平行于軋制和垂直軋制兩個方向進行金相分析，分別如圖2(a)和圖2(b)所示。從圖2(a)中可明顯看到A晶粒中蜂巢狀的胞晶組織，說明金相截取面與A晶粒胞晶生長方向垂直，而B晶粒與A晶粒取向差別大，則看不到胞晶。圖2(b)中A與B晶粒取向差別較小，可看出B晶粒中存在的胞晶。可以明顯看出，焊縫區(qū)金屬胞狀晶均明顯被所在的晶粒晶界嚴格劃分，說明胞狀晶形成在特定晶粒取向形成。圖3是筆者通過熱型連鑄(連續(xù)定向凝固，凝固速度40mm/min)，制備的Cu-0.4Sn合金圓桿[1]，其橫截面金相中不同晶粒內(nèi)的痘狀胞晶生長方向都與宏觀熱流方向相一致，符合成分過冷判據(jù)中典型胞晶的生長條件。A晶粒與B晶粒的平面熱流方向一致，而且胞狀晶明顯被所在的等軸晶晶界嚴格劃分，為六邊形與四邊形的網(wǎng)格狀。

圖2 N6板材焊接區(qū)金相Fig.2 Metallography of N6 plate in wedding zone

圖3 定向凝固Cu-0.4Sn合金圓桿金相Fig.3 Directionally solidified Cu-0.4Sn alloy round rod metallography

從圖3可以看出，在不同晶粒中的胞狀晶與晶體取學向無關，都與熱流方向也就是定向凝固方向一致，說明胞晶在定向凝固下生長的確與熱流方向平行，與晶體取向無關。

當“成分過冷”使結(jié)晶的平界面遭到破壞，在固液界面上出現(xiàn)小的凸起會進入到比住界面處更大的成分過冷區(qū)域之中，則小的凸起越長越大，形成胞狀晶[3]。隨著的減少，成分過冷度從小變大，使界面成長形狀從平直界面向胞狀和樹枝狀發(fā)展，晶體形貌從平面晶向胞狀晶再到樹枝晶進行轉(zhuǎn)變。在固液界面上出現(xiàn)小的凸起會進入到比住界面處更大的成分過冷區(qū)域之中，則小的凸起越長越大，平滑的固液界面失去穩(wěn)定性，形成胞狀晶。胞晶沿熱流生長形成過程如圖4所示。

圖4 胞晶沿熱流生長形成過程示意圖[5]Fig.4 Schemaic diagram of cell crystal growth and formation of process along heat flow

3 分析討論

近幾十年來對液態(tài)金屬結(jié)構(gòu)和遺傳性方面的研究逐漸形成了一些共識，金屬由晶體狀態(tài)向熔體狀態(tài)轉(zhuǎn)變不會引起近程有序結(jié)構(gòu)的重組；金屬熔體是由成分和結(jié)構(gòu)不同的游動的有序原子集團與它們之間的各種組元原子呈現(xiàn)雜亂分布的無序帶所組成。而通常鑄造合金的過熱溫度都不高(高于液相線以上100℃～200℃ )，大大低于液態(tài)結(jié)構(gòu)的無序化溫度[4]。

通常認為熔體在不大的過熱下，其結(jié)構(gòu)、熱運動等特點與晶體有較大的相似性。晶體的熔化消除了三維的周期性，但在一定程度上仍保持著原子排列的短程序[5]。

本文中軋制純鎳板材存在一定的變形織構(gòu)，在之后的焊接過程中，熔化和凝固都非?？欤瑢儆诘湫偷倪^熱溫度都不高和快速等軸冷卻條件，變形織構(gòu)一定程度保留到了焊縫區(qū)金屬液體中，在等軸凝固條件下焊縫區(qū)形成擇優(yōu)取向的胞狀晶。

4 結(jié)論

(1) 根據(jù)成分過冷理論判據(jù)，在成分過冷不大時，在定向凝固溫度場條件下，金屬液體凝固形成胞狀晶，胞狀晶沿宏觀的熱流方向生長，與晶體學取向無關。

(2) 在金屬液體過熱度不高時，軋制變形織構(gòu)一定程度保留到了之后的焊縫區(qū)金屬液體中，冷卻凝固后形成沿著特定晶體學取向的胞狀晶，呈現(xiàn)“擇優(yōu)取向” 即沿著特定的晶體取向生長。說明在等軸凝固條件下，金屬液體凝固過程也會出現(xiàn)胞狀晶，此時胞狀晶與晶體學取向有關，呈現(xiàn)“擇優(yōu)取向”，即沿著特定的晶體取向生長。這種變形織構(gòu)組織對凝固組織形成過程的微觀機理還需要進一步研究。