定向凝固恒速和跃迁加速下Cu_12_58_Mg过共晶合金的凝固组织演变
Mg-Sn共晶合金的凝固组织演化及晶体生长机理
Mg-Sn共晶合金的凝固组织演化及晶体生长机理唐 玲*, 刘文义, 王永善（陕西理工大学 材料科学与工程学院，陕西 汉中 723003）摘要：采用金相显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS），研究自由凝固下Mg-Sn共晶合金在不同凝固阶段的组织、相的生长形态及相组成等。
探讨Mg-Sn共晶合金的晶体生长机制以及冷却速度对合金显微组织的影响。
结果表明：Mg-Sn亚共晶合金中的凝固组织为六角蔷薇花状的初生α-Mg相和共晶Mg/Mg2Sn层片组织的混合结构；Mg-Sn过共晶合金中的凝固组织为棱角分明的初生Mg2Sn金属间化合物相和共晶Mg/Mg2Sn层片组织的混合结构；在亚共晶成分范围内，随着Sn含量的增加，初生α-Mg相含量减少，共晶相含量增多；随着冷却速率的提高，合金组织得到了明显的细化；初生α-Mg相为非小平面相，初生Mg2Sn金属间化合物相为小平面相。
关键词：亚共晶；共晶自生复合材料；非小平面相；小平面相doi：10.11868/j.issn.1005-5053.2022.000149中图分类号：TG146.22 文献标识码：A 文章编号：1005-5053(2023)05-0050-08Solidification structure evolution and crystal growth mechanismof Mg-Sn eutectic alloyTANG Ling*, LIU Wenyi, WANG Yongshan（School of Materials Science and Engineering, Shaanxi University of Technology, Hanzhong723003, Shaanxi，China）Abstract: Optical microscope, X-ray diffractometer, scanning electron microscope and energy dispersive spectrometer were used to study the microstructure, phase growth morphology and phase composition of free solidified Mg-Sn eutectic in-situ composites at different solidification stages.The crystal growth mechanism of Mg-Sn eutectic in-situ composite and the effect of cooling rate on the microstructure of the alloy were investigated.The results show that the solidification structure of Mg-Sn hypoeutectic alloy is hexagonal rose-like primary α-Mg phase and eutectic Mg/Mg2Sn lamellar mixed structure. The solidification structure of Mg-Sn hypereutectic alloy is a mixed structure of angular primary Mg2Sn intermetallic compound phase and eutectic Mg/Mg2Sn lamellar structure.With the increase of Sn content, the quantity of primary α-Mg phase decreased and the content of eutectic phase increased. With the increase of cooling rate, the microstructure of the alloy is obviously refined.The α-Mg primary phase is a non-faceted phase, and the primary Mg2Sn intermetallic compound phase is a faceted phase.Key words: hypoeutectic alloy；eutectic in-situ composites；faceted phase；non-faceted phase镁合金由于轻质高强、阻尼特性好等优良特性，成为极具应用潜能的结构材料。
定向凝固中的界面形态演化
定向凝固中的界面形态演化引言通常人们在研究金属及其合金的凝固时，由于金属本身的不透明性，使得人们无法动态实时观察金属内部凝固过程中凝固组织的演化与选择；而采用X射线透视或者原子力显微镜则代价较为高昂，也不可能获得对组织演化细节的清楚认识。
由于熔体凝固时对流会造成材料组分上的变化，造成杂质条纹等缺陷。
要获得高质量的材料，就要对凝固过程的熔体流动和其稳定性进行深入研究。
借助实时观察方法对凝固过程进行实时原位观察，研究凝固过程中材料表面微观形貌和整体形态的变化以及流体运动，实现动态过程的可视化监测和测量，从中就可获得有关凝固的信息。
随着对凝固理论与晶体生长技术不断深入的研究，发现凝固形态是由晶体界面性质和凝固驱动力场的性质所完全决定的。
界面性质决定了界面形态对驱动力场的响应性质，因而相似的界面性质在相似的驱动力场作用下将产生相似的动力学行为，从而导致相似的界面形态。
固--液界面可以分为两类[1]：规则界面和不规则界面。
规则界面是指正常凝固条件下的平面、胞状和枝晶界面[2]。
理论分析表明，只有当固--液界面能是各向异性时才能形成稳定枝晶界面[3]，通常情况下大多数材料是以稳定枝晶界面生长。
当晶体沿着一定的晶向生长时，如立方晶系的<111>晶向，固--液界面能接近于各向同性[4]，这时将会出现不规则界面。
在这样的条件下，枝晶尖端常常随机分枝，分枝与枝晶干不对称，从而形成不规则界面。
至今已经观察到几种不规则界面，如：倾斜枝晶界面、退化枝晶界面、海藻状晶体界面。
1实验方法晶体生长室的最大平面放在x-y平面中，观察二维晶体生长。
实验采用了丁二腈-5at%水来作为模拟晶体，测试开始前，试样加热至全部融化并静止一段时间冷却，使得试样内的熔质均匀化。
温度通过采用SWP-T803数字控温仪控温，控温精度0.1°C，可在0°C到200°C范围内任意调节。
加热至一定温度且保持恒定，试样内形成一定的温度梯度，试样放在温度梯度场中。
《定向凝固Al-Cu-Si共晶合金组织形成与性能》范文
《定向凝固Al-Cu-Si共晶合金组织形成与性能》篇一一、引言近年来，Al-Cu-Si共晶合金因其在机械、物理及化学性能上的优异表现，在多种工程领域得到了广泛应用。
其组织结构的形成及性能的优化是当前材料科学研究的重要课题。
本文主要对定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的组织形成过程及性能进行了研究。
二、Al-Cu-Si共晶合金的组织形成1. 成分设计与熔炼定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的成分设计主要依据合金的共晶成分。
在高温下，将Al、Cu和Si按照预设比例混合并熔炼，待其完全熔化后，进行均匀化处理，以消除成分偏析。
2. 定向凝固过程在定向凝固过程中，合金的冷却速率对组织形成具有重要影响。
通过控制冷却速率，可以获得具有特定组织结构的共晶合金。
在缓慢的冷却过程中，原子有足够的时间进行有序排列，形成定向生长的组织结构。
3. 组织形成机理Al-Cu-Si共晶合金的组织形成主要受到原子扩散、相变及共晶反应的影响。
在冷却过程中，合金中的各元素通过扩散达到共晶反应的成分比例，进而发生共晶反应，形成共晶组织。
三、定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的性能1. 机械性能定向凝固Al-Cu-Si共晶合金具有优异的机械性能，包括高强度、良好的塑性和韧性。
其高强度主要源于共晶组织的强化作用，而良好的塑性和韧性则得益于合金中各相的均匀分布和相互协调。
2. 物理性能该合金具有良好的导热性和导电性，这主要归因于其独特的组织结构和各元素的优良性能。
此外，其还具有较高的热稳定性，能够在高温环境下保持较好的性能。
3. 耐腐蚀性能Al-Cu-Si共晶合金在多种环境下表现出良好的耐腐蚀性能。
这主要得益于其致密的组织结构和元素之间的相互协同作用，使得合金在腐蚀环境下具有较高的抗蚀性。
四、结论本研究通过对定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的组织形成与性能进行研究，发现该合金具有优异的机械性能、物理性能和耐腐蚀性能。
这些性能主要源于其独特的组织结构，包括共晶组织的形成、各相的均匀分布以及元素之间的相互协同作用。
《定向凝固Al-Cu-Si共晶合金组织形成与性能》
《定向凝固Al-Cu-Si共晶合金组织形成与性能》篇一一、引言定向凝固技术是一种重要的金属材料制备技术，其通过控制合金的凝固过程，使合金组织沿特定方向生长，从而获得具有优异性能的材料。
Al-Cu-Si共晶合金作为一种典型的轻质高强合金，具有优异的力学性能和物理性能。
本文旨在研究定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的组织形成及其性能，为该类合金的制备与应用提供理论依据。
二、实验材料与方法1. 材料准备选用纯度较高的Al、Cu、Si元素，按照一定比例配制Al-Cu-Si合金。
将合金熔炼后进行定向凝固处理。
2. 定向凝固方法采用定向凝固炉进行实验，通过控制冷却速度和温度梯度，实现合金的定向凝固。
3. 组织观察与性能测试利用金相显微镜、扫描电镜等手段观察合金的组织结构；通过硬度计、拉伸试验机等设备测试合金的力学性能；利用X射线衍射等技术分析合金的相组成。
三、定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的组织形成1. 组织形态在适当的冷却速度和温度梯度下，Al-Cu-Si共晶合金呈现出典型的共晶组织形态。
共晶组织由初生α-Al相和共晶硅相组成，二者呈特定的形态分布，形成典型的共晶组织结构。
2. 生长机制定向凝固过程中，合金的凝固遵循一定的生长机制。
初生α-Al相在液相中首先析出，随后共晶硅相与α-Al相共同生长，形成共晶组织。
在合适的温度梯度和冷却速度下，共晶组织沿特定方向生长，形成定向凝固组织。
四、定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的性能1. 力学性能定向凝固Al-Cu-Si共晶合金具有优异的力学性能。
由于组织结构的特殊性，合金具有较高的硬度、强度和韧性。
此外，合金的抗疲劳性能和抗冲击性能也表现出色。
2. 物理性能Al-Cu-Si共晶合金具有较好的导电性和导热性，适用于电子封装、散热器等领域。
此外，合金还具有良好的耐腐蚀性能和抗氧化性能。
五、结论本文研究了定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的组织形成与性能。
实验结果表明，通过控制定向凝固过程中的温度梯度和冷却速度，可以获得具有特定组织结构的共晶合金。
《2024年定向凝固Al-Cu-Si共晶合金组织形成与性能》范文
《定向凝固Al-Cu-Si共晶合金组织形成与性能》篇一一、引言随着现代科技和工业的不断发展，合金材料在各种应用领域中扮演着重要的角色。
定向凝固技术作为合金材料制备的一种重要方法，对于共晶合金的微观组织和性能具有显著影响。
本文以Al-Cu-Si共晶合金为研究对象，深入探讨了其定向凝固过程中的组织形成与性能。
二、Al-Cu-Si共晶合金的定向凝固1. 实验材料与方法本实验采用纯度较高的Al、Cu、Si元素作为原料，通过熔炼、浇注、定向凝固等工艺制备Al-Cu-Si共晶合金。
采用光学显微镜、扫描电子显微镜等手段对合金的微观组织进行观察和分析。
2. 定向凝固过程在定向凝固过程中，合金的液态金属在温度梯度的作用下逐渐凝固，形成特定的晶体结构。
由于Al-Cu-Si共晶合金具有较低的共晶温度和良好的流动性，因此在适当的温度梯度和凝固速率下，可以得到良好的共晶组织。
三、组织形成与微观结构1. 共晶组织的形成在定向凝固过程中，Al-Cu-Si共晶合金中的Al和Si元素在共晶温度下同时析出，形成共晶组织。
这种组织具有优异的力学性能和物理性能，使得合金在各种应用领域中具有广泛的应用前景。
2. 微观结构分析通过光学显微镜和扫描电子显微镜观察发现，Al-Cu-Si共晶合金的微观结构主要由初生相和共晶相组成。
初生相主要为Al基体，而共晶相则是由Al、Cu、Si元素组成的复杂化合物。
这些相在空间上相互交织，形成了复杂的微观结构。
四、性能分析1. 力学性能Al-Cu-Si共晶合金具有良好的力学性能，包括高强度、高硬度、良好的延展性和耐磨性等。
这些性能主要归因于其优异的微观结构和共晶组织的形成。
此外，通过调整合金的成分和定向凝固工艺，可以进一步优化合金的力学性能。
2. 物理性能Al-Cu-Si共晶合金还具有良好的物理性能，如优良的导热性、导电性和抗腐蚀性等。
这些性能使得合金在电子、航空航天、汽车等领域具有广泛的应用前景。
五、结论本文通过实验研究了Al-Cu-Si共晶合金的定向凝固过程、组织形成与性能。
定向凝固Cu-Cr亚共晶合金初始过渡区组织演化和相选择
登兰三些銮兰三兰璺圭兰兰兰兰和良好的高温性能；ｂ）其导电率具有各向异性，当电流方向与纤维排列方向一致时，可有效地提高材料的导电率；纤维在凝固过程中形成雏形，通过大塑性变形实现纤维化；无界面润湿及化学反应问题，提高了材料的完整性；Ｃ）固溶在铜基体中的溶质元素基本保持原有形貌，而基本不受塑性变形的影响。
这样易将多种强化机制综合，以实现强度的迸～步提高。
还可添加适量元素抑制材料的某些缺陷，可进一步提高其耐磨、抗软化性和耐热性，从而进一步提高综合机械性能及物理性能；ｇ）利用现有制各加工设备，可实现大截面异断面的材料工业化生产，易与连铸连轧技术、连续铸造技术相结合。
左图是经过大变形量塑性变形后的Ｃｕ—ｃｒ合金，原始的铸态枝晶和等轴状ｃｒ都被拉长形成纤维组织（图卜１）。
对材料的时效特征研究结果表明：Ｃｕ—Ｃｒ自生复合材了硬度峰值对应温度为５００。
Ｃ（保温１ｈ）、导电率峰值出现在６００＂Ｃ左右。
纤维增强相基本不受时效处理的影响。
ｅ）图１－１塑性变形ＣｗｌＳ％Ｃｒ的显微组织ｎＦｉｇ．１－１ｍｉｃｔｏｓｔｍａｕｒｅｏｆＣｕ－１５％Ｃｒｂｙｐｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ２）快速凝固Ｃｕ－Ｏｒ自生复合材料快速凝固技术在新材料的研制和开发中己愈来愈引起人们的重视，圜为通过快速凝固可以扩展固溶度极限，使原来在基体中很少溶解或几乎不溶的元素能大量溶入固溶体中，在随后热处理时可形成不同分布及不同结构的脱溶产物而获得超时效果。
通过快速凝固，在一些台金中可获得常规条件下不存在的中间相，为鉴性意义。
本文将对Ｃｕ－Ｃｒ亚共晶合金定向凝固初始过渡过程的凝固组织演化特点做具体研究，其主要内容包括：（１）研究凝固速率对Ｃｕ．Ｃｒ亚共晶合金定向凝固稳态组织的形成特点的影响及影响组织变化的因素：（２）探讨Ｃｕ．Ｃｒ亚共晶合金初始过渡区的组织特征，及凝固条件对其转变特征的影响机制；以此对比初始过渡区与稳态组织形成特点；（３）探讨Ｃｕ—Ｃｒ合金在定向凝固初始非稳态生长阶段共晶组织的形成方式和初生胞、枝晶组织演化机制；（４）探讨的６相的析出机制；（５）研究Ｃｕ－Ｃｒ定向凝固初始过渡区初生相和共晶相生长的稳定性及其宽争生长机制。
《2024年Al-Si-Mg三元近共晶合金定向凝固组织与形成》范文
《Al-Si-Mg三元近共晶合金定向凝固组织与形成》篇一一、引言Al-Si-Mg三元近共晶合金因其在机械、物理及化学性质上的优越性，近年来受到了广泛关注。
其中，合金的定向凝固组织对于其性能起着决定性作用。
本文旨在探讨Al-Si-Mg三元近共晶合金的定向凝固组织及其形成的高质量特征。
二、Al-Si-Mg三元近共晶合金的定向凝固组织1. 定向凝固技术的介绍定向凝固技术是一种先进的材料制备技术，其基本原理是通过控制合金的冷却速度和温度梯度，使合金在凝固过程中形成单一方向上的组织结构。
此技术可以有效改善合金的力学性能、物理性能及耐腐蚀性能等。
2. Al-Si-Mg合金的定向凝固组织特点Al-Si-Mg三元近共晶合金的定向凝固组织主要由初生相、共晶相及次生相组成。
初生相为α-Al基体，共晶相为Si和Mg在α-Al基体中的共晶结构，次生相则是一些复杂的金属间化合物。
这种组织结构使得合金具有良好的力学性能和物理性能。
三、Al-Si-Mg三元近共晶合金的形成机制与高质量特征1. 形成机制Al-Si-Mg三元近共晶合金的形成主要依赖于元素的相互扩散和固溶反应。
在凝固过程中，各元素按照其在合金中的溶解度进行扩散和反应，形成稳定的相结构。
此外，温度梯度和冷却速度对合金的相结构和组织形态也有重要影响。
2. 高质量特征Al-Si-Mg三元近共晶合金具有高强度、高硬度、良好的耐磨性和耐腐蚀性等高质量特征。
这些特征主要归因于其定向凝固组织中的初生相和共晶相的均匀分布以及次生相的细化。
此外，合金的微观组织结构也对其性能产生重要影响。
四、实验研究方法与结果分析1. 实验研究方法本部分通过金相显微镜、扫描电子显微镜及X射线衍射等技术手段，对Al-Si-Mg三元近共晶合金的定向凝固组织进行观察和分析。
同时，结合热力学计算和动力学模拟，探讨合金的形成机制和高质量特征。
2. 结果分析实验结果表明，Al-Si-Mg三元近共晶合金的定向凝固组织具有明显的方向性，初生相和共晶相的分布均匀且相互交织，次生相得到细化。
《定向凝固Al-Cu-Si共晶合金组织形成与性能》
《定向凝固Al-Cu-Si共晶合金组织形成与性能》篇一一、引言在金属材料领域，定向凝固技术已被广泛用于制备高性能的共晶合金。
共晶合金由两种或多种组分组成，其独特的特点在于合金中组分之间以特定的方式形成共晶结构。
Al-Cu-Si合金作为一种典型的共晶合金，具有优异的机械性能和物理性能。
本文将探讨定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的组织形成及其性能，旨在深入理解其结构特点与性能关系。
二、定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的组织形成1. 实验材料与方法本实验采用纯度较高的Al、Cu、Si金属原料，按照一定比例混合后进行熔炼。
通过定向凝固技术，控制合金的冷却速度和凝固方向，以获得具有特定结构的共晶合金。
2. 组织形成过程在定向凝固过程中，Al-Cu-Si合金的组织形成经历了液态、固态以及固态转变三个阶段。
在液态阶段，合金各组分均匀分布；在固态转变阶段，合金中各组分开始形成特定的晶体结构；最终在固态阶段，形成了具有特定结构的共晶组织。
3. 共晶组织的特点Al-Cu-Si共晶合金的组织主要由初生相和共晶相组成。
初生相主要为Al基体，而共晶相则是由Cu和Si形成的复杂化合物。
这些相在合金中以特定的方式排列，形成了独特的共晶组织。
三、定向凝固Al-Cu-Si共晶合金的性能1. 机械性能由于Al-Cu-Si共晶合金具有独特的组织结构，使其具有优异的机械性能。
该合金具有较高的强度和硬度，同时具有良好的延展性和冲击韧性。
此外，该合金还具有良好的耐磨性和抗疲劳性能。
2. 物理性能Al-Cu-Si共晶合金还具有优异的物理性能。
该合金具有较低的密度和良好的导热性能，使其在轻量化和高导热性应用领域具有广阔的应用前景。
此外，该合金还具有良好的电磁屏蔽性能和抗氧化性能。
四、影响共晶合金组织和性能的因素1. 冷却速度定向凝固过程中的冷却速度对Al-Cu-Si共晶合金的组织和性能具有重要影响。
随着冷却速度的增加，合金的晶粒尺寸减小，组织更加致密，从而提高了合金的机械性能和物理性能。
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··从凝固原理来说，共晶合金凝固组织形成与其组成相的特性及耦合作用密切相关，并受到凝固条件影响，因而共晶合金凝固比单相合金要复杂[1-5]。
近年来金属-金属间化合物共晶合金材料得到很大的重视，如Nb 基高温合金Nb-Nb 5Si [6]，Ni 基合金Ni-Ni 3Al [7-8]，磁性功能材料Bi-MnBi 等[9-10]。
金属间化合物相作为共晶合金中增强相或功能相往往起很大的作用[11-12]。
在这些合金体系中，金属间化合物基本特性不同于一般合金，是一种高比强、低塑性/韧性合金，有很高的强度、硬度和高的熔点及特殊的性能，这就给新一代的航空和航天器、汽车以及化工工业的发展提供比常规材料性能优越的选择。
为了充分体现其性能特性，需要在合金制备中尽可能提高其体积分数。
选取共晶点以外的合金成分可使金属间化合物相的体积分数得以提高，往往形成偏向金属间化合物一侧的非共晶合金。
该合金在凝固过程中一般会析出领先于共晶组织生长的粗大金属间化合物相（称其为初生相组织），它的形成和凝固行为会极大地影响合金最终的凝固组织，因此探索合适的工艺控制参数改善粗大的初生相，来制备非共晶点成分的共晶自生复合材料就成为共晶合金凝固研究的重要内容。
选择Cu-Cu 2Mg 过共晶合金为研究对象，通过恒速和跃迁加速（凝固速率从一个速率立即增加到另外一个速率）来探讨初生金属间化合物相Cu 2Mg 以及共晶朱鹏超，李双明，郑元斌，傅恒志（西北工业大学凝固技术国家重点实验室，陕西西安710072）摘要：在定向凝固恒速和跃迁加速下，研究了Cu-Cu 2Mg 过共晶合金中Cu 2Mg 初生相和共晶组织的变化。
结果表明，在定向凝固速率5~100μm/s 下，Cu 2Mg 初生相领先共晶组织生长，生长方向与定向凝固方向一致，界面形态从侧枝较少的树枝晶变为间距较小的细枝晶形态。
在定向凝固速率从2μm/s 跃迁加速到20μm/s 下，生长的Cu 2Mg 初生相枝晶有的被抑制停止生长，有的出现细化，而共晶组织细化是通过层片中Cu 相分枝进行的。
研究表明，通过定向凝固跃迁加速工艺方法，可使Cu-Cu 2Mg 共晶组织层片间距更加细化。
关键词：定向凝固；Cu-Cu 2Mg 过共晶合金；组织演化中图分类号：TG146.1+1文献标识码：A 文章编号：1001-4977（2009）06-0543-04ZHU Peng-chao,LI Shuang-ming,ZHENG Yuan-bin,FU Heng-zhi（State Key Laboratory of Solidification Processing Northwestern Polytechnic University,Xi'an 710072,Shaanxi,China ）Abstract ：Directionally solidified microstructures of Cu-Cu 2Mg hypereutectic alloy were investigatedin different solidification conditions.At the pulling velocity ranging from 5μm/s to 100μm/s,the interface morphologies of Cu-Cu 2Mg hypereutectic were observed changing from the coarse dendrite with less side-branch to refined dendrite.As the pulling velocity increased abruptly from 2μm/s to 20μm/s,the primary dendrites of Cu 2Mg phase were thinned and some ceased growing.The branch of Cu phase in coupled eutectics led to reduction of the lamellar spacing during the pulling velocity abruptly changing process.Simultaneously,the experimental results show that the abruptly increasing velocity process enable the coupled eutectics more refined compared to the constant pulling velocity process.Key words ：directional solidification;Cu 2Mg hypereutectic alloy;microstructure evolution 定向凝固恒速和跃迁加速下Cu-12.58%Mg过共晶合金的凝固组织演变Microstructure Evolution of Cu-12.58%Mg Hypereutectic Alloy atConstant and Abruptly Increasing Velocities in DirectionalSolidification基金项目：国家自然科学基金项目（50401014）和教育部新世纪人才资助项目（NCET-07-0692）。
收稿日期：2008-10-27收到初稿，2008-11-27收到修订稿。
作者简介：朱鹏超（1981-），男，陕西西安人，硕士研究生，主要从事合金定向凝固方面的研究。
E-mail ：zpc315@Jun.2009Vol.58No.6铸造FOUNDRY543··的凝固行为。
目前已证实金属间化合物Cu2Mg相是小平面相[13]，因此本文对Cu-Cu2Mg过共晶合金研究不仅会有助于认识小平面相在定向凝固下的形态变化，而且也会加深对现有非共晶点合金凝固过程的认识。
1试验方法将采用99.9%（质量分数，下同）纯Mg和99.5%的紫铜为原料配料。
在真空感应炉中熔配成Cu-Cu2Mg共晶合金，用电感耦合等离子体发射光谱（ICP）分析成分Cu-12.58%Mg（共晶点成分为9.7%Mg），将其切割成Φ2.2mm的圆棒，置于Φ2.3mm、长120mm的高纯石英管中，定向凝固试验在自制的MSD-1型亚快速定向装置上进行。
试验分为以下两组：第一组恒速定向速率分别为：5μm/s，10μm/s，20μm/s，50μm/s，100μm/s。
凝固距离为40mm，然后淬火，保留凝固的固液界面形态；第二组跃迁加速，速率由2μm/s先抽拉25mm，然后分别跃迁加速到10μm/s、20μm/s、50μm/s，再抽拉25mm后淬火保留固液界面。
定向凝固后的试样研磨抛光后用硝酸∶氢氟酸∶酒精=1∶1∶10的溶液腐蚀，在OlympusTG-3光学显微镜下观察Cu-Cu2Mg 过共晶合金的纵截面和横截面凝固组织变化。
2试验结果及分析2.1定向凝固恒速下合金的凝固组织图1是凝固抽拉速率为5μm/s、50μm/s和100μm/s 下的淬火界面组织，其凝固方向如箭头所示是自下而上。
从图中可看到Cu2Mg初生相的生长方向基本与凝固方向保持一致。
在生长速率较慢的5μm/s下，Cu2Mg 初生相树枝晶侧枝很少，在界面淬火后，界面前沿液相部分凝固后的组织中共晶组织较多，这可能是因为初生相的长大，消耗掉大量溶质，使合金成分向共晶点成分偏移的缘故。
随着凝固速率的增加，胞状组织的初生相变为二次分枝明显的枝晶组织，如图1b所示，而同时冷却速率增大，初生相的长大受到抑制，枝晶间距减小，组织更加细化，如图1c所示。
图2是恒定抽拉速率为20μm/s和50μm/s下的凝固组织，其中图2a为20μm/s时的横截面组织，在该速率下Cu2Mg初生相一次枝晶间距约为220μm，而图2b中速率为50μm/s下初生相一次枝晶间距减少为150μm，在本试验速率范围里一次枝晶间距随抽拉速率的增加而减小。
另外，从图2a和b中都可看出Cu2Mg初生相枝晶尖端两边为光滑的平面，表明其小平面相生长特性。
图2c是20μm/s下的纵截面组织，从图中看到Cu2Mg初生相树枝晶类似鱼骨状，侧枝与主干呈45°~60°夹角，而当凝固速率增加到50μm/s时，枝晶数量增多，侧枝也多而密，形态与20μm/s下的组织相比有所不同，这可能是因为随凝固速率的增加，合金凝固的过冷度增大，形核数目增多，使得合金凝固的空间受到限制，结果枝晶生长的连续性和尺度都会减小。
2.2定向凝固速率从2μm/s跃迁到20μm/s下组织的变化图3a为凝固速率突然从2μm/s加速到20μm/s下组织变化图，当凝固速率突然改变后Cu2Mg初生相有的被抑制停止生长，如图3a的A处所示；有的开始细化，如图3a的B处所示。
这主要是因为当凝固速率从2μm/s增加到20μm/s时，在开始阶段，由于凝固速率的提高，使进入溶质富集层的溶质流量增加，但此时扩散排出的溶质的量仍然不变，这样固相中局部的溶质浓度将增加。
由于界面固相的溶质含量突然增加，使得初生相的界面温度下降，造成了已经生长的初生相发生重熔，而且，界面前沿液相的浓度变得不利于初生相的生长，从而造成初生相或者被抑制停止生长，或者细化。
当界面前沿溶质含量重新稳定后，界面前沿的初生相含量减少到一个很少的量，细化后的初生相被保持下来，如图3a所示。
图3b是图3a中C处的局部放大图，从中可看出，共晶组织在凝固速率突然增加后界面发生失稳，层片出现分枝细化过程，这是由于凝固速率的突然增加造成界面附近液相溶质的横向扩散能力相对下降（溶质扩图2不同抽拉速率下Cu-Cu2Mg过共晶合金的凝固组织Fig.2Directionally solidified microstructures of Cu-Cu2Mghypereutectic alloy at different pulling velocitiesFOUNDRYJun.2009 Vol.58No.6544··图4中耦合生长的共晶两相生长方向并不沿热流方向，这主要是因为定向凝固过程中Cu 2Mg 初生相首先从液相中形核，沿热流控制方向连续生长，见图1，初生相凝固时将Cu 原子排出富积在固液界面前沿，经横向扩散进入到初生相枝晶间的残余液相中，当液相的成分和温度达到共晶反应条件时，共晶组织形成。
其中初生相对共晶组织生长方向的影响主要在于以下两个方面：一是定向传热的作用因初生相凝固释放出的大量结晶潜热的影响而减弱；另一方面初生相枝晶臂的生长也阻碍并破坏了共晶定向的生长，导致枝晶间的共晶组织生长方向并不一致。