材料的性能决定于材料的组织,而凝固的最终组织与初始非稳态过程有着密切的历史相关性。初始过渡区对后续凝固组织的完整性及其变化有着十分重要的影响。本文以广泛应用的Cu-Cr自生复合材料为应用背景,以制备Cu—Cr自生复合材料的定向凝固制备方法为基础,研究其制备过程中出现的初始凝固问题。一方面,考察了试样初始过渡区非稳态组织的演变、共晶生长、界面形态及组织特征等多方面的凝固特性,并结合相图对各相的形成特点作以探讨;另一方面,在此基础上考察了稳态组织变化及相形核特征,以此与非稳态初始过渡区转变作以对比;同时,也研究了初生相和共晶相的竞争生长机制。 本文在现有的关于Cu—Cr亚共晶合金定向凝固技术的研究基础上,考察了不同抽拉速率阶段的初始过渡区组织转变特点,结果表明:Cu—Cr亚共晶合金定向凝固初始过渡区的典型组织转变经历如下三个过程:初生α相阶段→完全的共晶组织（α+β）阶段→“初生相+共晶组织”的混合组织阶段（枝晶调整阶段）。并且不同的速率阶段的初始过渡区转变特点有所不同。随着抽拉速率的增加,初始过渡区组织由中速时首先析出单相α、再凝固出全部共晶组织的两个过渡生长阶段,演化为高速时只有单相α生长的单一过渡生长阶段（低速下组织演化与高速时相同）。本文通过理论分析认为:一方面,共晶系合金在定向凝固时由于受到初生领先相析出的影响,导致共晶生长失稳。并推导出偏离共晶点的亚共晶系合金的失稳临界速率V₁;另一方面,初生相生长也容易失稳,产生共晶相。在低速抽拉时,初生α相易在C_i=C_E处失稳;而在抽拉速率较高时,初生α相易在C_i<C_E处失稳。