非稳态凝固过程作为整个凝固过程的一个重要环节,将对最终的凝固组织产生重要的影响。本文以Pb-Sn和Ni-Nb两种不同共晶系的合金作为研究对象,分别选择Sn-38.1wt%Pb,Sn-20wt%Pb,Ni-24.19wt%Nb和Ni-53.98wt%Nb四种合金成分,采用稳态和跃迁变速实验对两合金系稳态条件下的间距选择、非稳态下的片层间距演化过程、初生相的凝固特性以及非稳态下初生相的演化和共晶晕圈的形成进行了研究和探讨,结果表明: 1) Sn-38.1wt%Pb共晶在非稳态定向凝固过程中,片层间距比增大时将由单—Sn相的失稳变成Sn和Pb两相同时失稳,其细化方式可以通过先合并再分枝的方式进行。相应的定向共晶组织粗化过程可有Sn相合并、Pb相合并、Sn相长大,Pb相长大四种方式,并且这四种方式可交替进行。 2) Ni-24.19wt%Nb共晶合金的两相共晶间距在低速定向凝固时满足Vλ²=284.03μm³/s,比JH理论计算的Vλ_m²=261.6μm³/s大8.5%。当凝固速度增大时,共晶凝固界面失稳,波状起伏增大,导致Ni相的长大,凝固组织有向非规则共晶转化的现象。 3) Ni-24.19wt%Nb共晶合金低速定向凝固跃迁变速下其分枝和合并主要发生在Ni相上,合并过程比分枝过程缓慢得多。而当跃迁变速增大时,定向凝固组织由于Ni相长大反而粗化,粗化过程主要是Ni₃Nb相两侧Ni相向两边长大,而Ni₃Nb相在这个过程中层片厚度和生长方向基本保持不变。 4) Ni-24.19wt%Nb共晶合金定向凝固实验中,一直以10μm/s凝固速率抽拉,获得的定向凝固组织为体积分数占20%的初生Ni₃Nb相和共晶组织,而从1μm/s跃迁加速到10μm/s达到准稳态下获得的定向凝固组织却为完全耦合生长的共晶组织,没有初生的Ni₃Nb相。从2μm/s定向凝固组织有初生相的跃迁变速实验中,发现通过不同的跃迁变速初生相会减少,二次跃迁变速后初生相会完全消失,其中Ni₃Nb初生相的消失方式有三种:低速过渡区内的分枝消失,加速时的重熔消失和减速时的先长大后消失。跃迁减速非稳态定向凝固中Ni₃Nb初生相的消失并不是在同一个截面上发生的,而是从试样的边缘开始向中心逐渐发展的。采用同样的跃迁变速定向凝固条件,在Ni₃Nb-Ni₆Nb₇过共晶合金中发现Ni₆Nb₇初生相可能消失、细化也有可能保持不变,实验中没有出现象Ni-Ni₃Nb共晶合金中初生相大量减少或消失的现象。