共晶合金由于其优异的机械性能和工业上的成形灵活性,它们可以作为功能原位复合材料或结构原位复合材料,在生活中得到了广泛的关注与应用。在共晶合金凝固过程中,其微观结构会在不同的条件下演化成各种形式的组织。而合金材料的性能又在很大程度上与其微观组织结构息息相关。目前,对于共晶合金在定向凝固组织的研究很多是在理想化的条件下针对其影响因素进行定性的分析,但是在实际应用中合金凝固组织演变的影响因素还没有一个系统的生长机制来进行解释,需要进一步深入的研究。本文在前人研究的工作基础上,以Al-Cu共晶合金作为研究对象,利用真空电弧熔炼炉,下拉式真空高压区域定向凝固炉进行实验,主要分析讨论了定向凝固条件下不同的合金初始成分、不同冷却速度、不同抽拉速度、不同功率以及跃迁加速对Al-Cu共晶合金凝固组织演化的影响。选取含铜量分别为30.2wt%、33.2wt%、38.2wt%三种成分的Al-Cu合金在真空电弧熔炼炉中进行无抽拉速度定向凝固实验,主要研究了不同初始成分与不同冷却速度对合金组织演变的影响,结果表明:在相同冷却速度下,随着合金铜含量增加,Jackson因子α也随之增大,初生Al₂Cu相的生长方式由非小平面变成小平面生长,其组织形貌也将由圆滑的圆弧形状转变为尖锐的棱面状;相同成分下,随着冷却速度的增加,层片共晶间距会随之减少,而对于Al-38.2wt%Cu合金,冷却速度的增加,会抑制初生相Al₂Cu的析出和长大,初生Al₂Cu相由椭球形向细小的长条形发生转变,同时其生长方式也将由非小平面变成小平面。选取初始成分为Al-33.2wt%Cu的合金在下拉式真空高压区域定向凝固炉中进行不同抽拉速度与跃迁变速定向凝固实验。主要研究了不同功率以及不同速度对合金组织形态演变的影响。结果表明:通过合金凝固的最高界面的生长温度理论,我们计算得到若想要得到完全耦合生长的共晶组织,其抽拉速度需要小于1.02μm/s,而在设定的实验速度下,初生Al₂Cu相将领先于耦合生长的共晶两相;随着抽拉速率的增加,胞状共晶组织逐渐转变为棒状共晶与树枝晶组织,不规则的棱面状初生相Al₂Cu形貌变的粗大,其生长特征由小平面向非小平面转变,并且层片共晶间距变小,共晶相越靠近热流方向进行生长;Al₂Cu相的分叉与重新形核是共晶间距的随着速度增加而减少的一个原因;合金在抽拉的过程中热溶质的流动会使得初生Al₂Cu相逐渐减少。选取初始成分为Al-33.2wt%Cu的合金在下拉式真空高压区域定向凝固炉中进行跃迁加速的定向凝固实验,我们发现:抽拉速率的突然增加会改变初生相Al₂Cu的形态,并产生部分棒状共晶组织;跃迁加速得到的层片共晶间距比相同的恒速下的更加细小;跃迁加速中会产生大量的组织缺陷,而错配边界移动是层片共晶间距大小调整的另一种机制。