《表3 两种合金不同生长速率的一次枝晶间距》

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《生长速率对NiAl-43V(Dy)合金定向凝固组织的影响》

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不同生长速率下一次枝晶间距测量结果，如表3所示。可以看出，加入质量分数为0.05%的Dy后一次枝晶间距增大，经典凝固原理[21]指出树枝晶在过冷度允许的速率下沿径向自由生长直到与其他凝固组织相遇终止，一次枝晶间距建立后生长过程中不发生改变；由于微量稀土元素Dy的添加，造成固液界面处较小的成分过冷区，枝晶沿平行于热流纵向和垂直于热流横向上同时生长，如图1c～j所示。溶质原子在纵向和横向同时扩散，由于纵向温度梯度高，扩散能力比横向好，导致横向溶质原子富集在枝晶间，将枝晶间结晶温度降低，结晶潜热的释放使过冷度降低，共晶组织生长较慢，枝晶表现较粗大，一次枝晶间距增大。在低生长速率（6、10μm/s）时，两种合金由于生长速率慢，为枝晶生长提供充足时间，枝晶表现较粗大；在添加Dy后，部分Dy原子沿纵向充分扩散到固液界面前沿降低枝晶尖端过冷度使枝晶体积分数减小，导致枝晶间溶质原子浓度增加，一次枝晶间距增大，其余Dy原子分布在胞界细化共晶片层。在高生长速率（30～150μm/s）时，图1e～j中两种合金由于生长速率加快，冷却速率加快，散热能力增强，枝晶结晶潜热影响区域减小，一次枝晶间距减小，过冷度增加，枝晶形核率增加，枝晶体积分数增大；在添加Dy后，生长速率快，Dy原子不能及时沿纵向扩散到固液界面前沿，所以对枝晶生长影响较小，但Dy原子的添加会增加枝晶间溶质原子浓度，使二次枝晶充分生长导致枝晶粗大，同时Dy原子会分布在胞界细化共晶片层。