高梯度定向凝固cu-cr自生复合材料的组织与性能

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1、西北丁业人学硕士学位论文一第一章绪论出规则排列的增强纤维，但它们的凝固条件苛刻的多。这是共晶自生复合材料的优点，其缺点在于体积分数和合金成分不能完全任意选择。有很多关于自生复合材料的说法，具有片层状凝固组织的材料。1、通过共析分解或不连续分解等所形成的规则排列组织的材料。1、以及反应合成复合材料⋯1、甚至通过塑性变形而形成的规则排列组织的材料““”1等通称为自生复合材料。无论如何，与传统的人工复合材料(SyntheticComposite)不同，这些材料中不存在界面润湿、界面污染以及材料稳定性差等人工复合材料中常常存在的问题。但自Kraft。1提出用定

2、向凝固方法制各自生复合材料的建议后，该方法就一直是人们研究的主要内容，所研究的相组成系统已经包括共晶、包晶、共析、包析体系。许多年来，人们在凝固基本理论，多相合金的性能以及特殊用途自生复合材料的工艺技术等方面已经作了广泛的研究，而且有关复合材料物理性能(包括电性能、磁性能和光性能)的某些研究已经获得工业应用“3‘“1。共晶自生复合材料是共晶合金或偏晶合金采取定向凝固的方法，通过合理控制工艺参数，使基体和增强相均匀相间，定向整齐排列，第二相在定向凝固时相变过程中析出的。二元共晶是用于生产自生复合材料的最基本体系。人们以二元共晶为研究对象，在凝固理论及共晶

3、性能方面进行了大量的研究，发现共晶形态的规则程度对其力学性能有非常明显的影响，例如在A卜Si和Fe—C(铸铁)共晶合金中，通过变质处理改变共晶生长形态可使合金的力学性能有明显的提高；当需要控制相的排列方向以得到自生复合材料时，共晶形态的规则程度就变得更为重要，例如定向排列TaC纤维Ni—TaC共晶台金中使合金的蠕变强度有明显的提高。共晶形态的规则程度与初生相形态、形核规律、相结晶学取向关系及工艺都会有非常密切的关系，粗大的初始相往往破坏了基体的连续性，导致力学性能变坏；相结晶学关系是决定能否得到理想自生复合材料的最关键因素之一，例如Fe—c合金由于相界

4、面结构相差甚远而很难制得理想的自生复合材料；在某些情况下，通过工艺控制还可得到偏离共晶成分的自生复合材料。因此，研究共晶在定向凝固条件下的生长规律就显得非常重要。§1．1．2定向共晶合金研究的基本原理§1．1．2．1共晶生长及形态1共晶生长在各类材料中都出现共晶复合材料。仅二元共晶就有上千种，如果将三元或多元系中的准二元共晶、具有单变度共晶反应的多元合金、三元共晶和导致类似复合物的许多非共晶反应也补算在内，则合金选择可能性就大大增加”⋯。然而迄今为止人们熟悉的共晶只有一百多种，常用的则仅几十种。“。根据组成相的结晶西北工业人学硕』?学位论文一第一章绪论

5、学生长方式，共晶可分为规则共晶和非规则共晶。共晶形态的规整程度与初生相形态，形核规律、相结晶学取向关系及工艺等都有密切的关系。常用的规则共晶又可分为定向共晶和自由共晶两类。定向共晶是指组成共晶的两相沿特定的方向耦合生长形成的一维共晶组织。与之相对应的是不受凝固条件约束的自由共晶，自由共晶的两相是从一个结晶核心耦合地向四周生长形成共晶团。由于定向共晶是通过控制共晶合金凝固的特性，得到的交替定向排列的两相组织，因而具有许多重要的特性：高的强度、相问结合良好、高温稳定性好“7’”1，可以用做高强高导材料的研制。同时还可以利用其在磁阻效应、磁性、半导体等方面的

6、优异性能，制成一系列的功能共晶复合材料““2“。共晶合金需满足下列平衡条件：熔体S=“相+B相也就是说，两个各自相区别的相一起自熔体结晶。这既是共晶的优点，也是其缺点。优点在于复合物的组织成分接近热力学平衡，且相界面结合较强(低能量)；缺点在于体积分量和合金成分不能完全任意选择。其实，在偏离共晶成分的一定区间内的合金，通过工艺控制也可能得到共晶组织。因而有必要研究偏离共晶成分的合金在定向和非平衡凝固条件下的共晶生长规律。2共晶形态早期的研究是简单地根据组织形貌来分类，Scheil。”根据组织把共晶分为两类：正常组织和非正常组织。所谓正常组织是指共晶结构

7、为片层状或纤维状。片层状和纤维状共晶属于耦合长大的组织，两相间均存在一定的结晶学关系，也就是说它们是在凝固前沿共同长大，并且可以看作是在一个方向上无限延伸的组织。非正常的共晶组织间无明显的结晶学关系，虽然其中的片状结构通常平行于生长方向，不会有定向凝固时沿试样轴耦合的共晶组织的连续性。球状共晶可以看成是变种，即长大不再以(大约)相同温度在共同的相界上进行，而是形成高熔化熵的枝晶间相，并为准共晶组织。2‘“。然而，这种简单从结晶学关系角度分类的方法并不能准确地预测共晶组织的类型。早期K．A．Jackson。”通过对单相合金的研究工作，分清了非小平面化和小

8、平面化，并从理论上证明了这两种界面的存在。他认为界面的平{臭i结构应当是界面能最低的结构，从而