Cu-Pb偏晶合金熔体的深过冷快速凝固及组织与性能

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1、摘要论文题目：Cu．Pb偏晶合金熔体的深过冷快速凝固及组织与性能学科专业：材料加工工程研究生：刘丽琴签名：跚_：；；a缮指导教师：张忠明教授签名：≥每鹂。“＼摘要本文采用高频感应循环过热结合熔融玻璃净化法研究了Cu—Pb偏晶合金熔体深过冷及其快速凝固。采用红外测温仪检测记录合金温度及冷却曲线。用经典形核理论和瞬态形核理论分析了Cu．20％Pb亚偏晶合金过冷熔体中叫Cu)相和k相竞争形核及其凝固过程。利用光学显微镜观察并分析了Cu．20％Pb亚偏晶合金、Cu．34．15％Pb偏晶合金和Cu．40％Pb过偏晶合金组织演化规

2、律，进而用BCT-LKT模型以及枝晶生长热力学与动力学理论计算分析了Cu．20％Pb亚偏晶合金过冷熔体凝固的组织演化机制。分析了过冷度对Cu．20％Pb亚偏晶合金的硬度、摩擦磨损性能和热膨胀性能的影响。并对比分析了深过冷Ni．20％Pb亚偏晶合金的组织演化规律和性能变化规律。本文主要结论有：Cu．20％Pb亚偏晶合金在所获得过冷度(0—238K)范围内有两次再辉。在该过冷度范围内耐cu)相恒先形核即匀晶转变先于偏晶反应发生。故此：一、二次再辉分别为初生叫Cu)相形核长大、偏晶反应生成的k相的形核与耐Cu)相和L2相长大

3、的物理现象。Cu．20％Pb亚偏晶合金“无过冷”组织由粗大的耐Cu)树枝晶和枝晶间的Pb相组成，深过冷凝固使得树枝晶的枝晶臂直径与枝晶间Pb相明显细化。在过冷度小于85K左右时，枝晶重熔导致枝晶细化；过冷度大于170K时，枝晶碎断使得枝晶发生细化。Cu．34．15％Pb偏晶合金在过冷度小于130K时，组织中出现偏晶胞现象，偏晶胞周围有裂纹。而Cu．40％Pb过偏晶合金在过冷度为50K时便开始出现分层现象。深过冷凝固可使Cu．20％Pb亚偏晶合金的硬度升高，硬度均匀性提高。硬度值由“无过冷”时的34．9kgf／mm2增加

4、到238K时的42．5kgf／mm2。材料的耐磨性在小过冷度下较好，减摩性在中等过冷度下较好，而在过冷度大于143K时材料的减摩性和耐磨性都很好；而且材料的磨损机制也由“无过冷”时的粘着磨损、磨粒磨损和疲劳磨损向大过冷时的粘着磨损和轻微磨粒磨损转变。在300—350℃温度范围内平均线膨胀系数由“无过冷”时的20．5x10-6／。C减小为238K时的9．8x10-6／℃，热膨胀性能得到明显提高。Ni．20％Pb亚偏晶合金组织演化规律与Cu一20％Pb亚偏晶合金有一定的相似性。该合金硬度均匀性和热膨胀性能较后者好，而摩擦磨

5、损综合性能不及后者。关键词：深过冷；Cu．Pb偏晶合金；组织演化；形核理论；枝晶生长本课题得到陕西省教育厅专项科研计划项目(编号：03JKl32)基金的资助。西安理工大学硕士学位论文TItie：THEMlCROSTRUCTURESANDPROPERTIES0FRAPIDLYSOLIDlFlEDCOPPER．LEADMONOTECTICALLOYSFROMHIGHL-YUNDERCOOLEDMEL-TSMajor：MaterialsProcessingEngineeringName：LiqinLIUSupervisor：

6、Prof．ZhongmingZHANGAbstractSignature：丝弛堕s咖a¨秒皓∥ThehigllundercoolingandrapidsolidificationofCu—Pbmonotecticalloysinhighlytmdercooledmeltswerestudiedbyemployingthecomplexmethodofmoltenglasspurificationandrepeatingsuperheating．ThemelttemperatureandcoolingcurvesofCu

7、—Pbafioysweremeasuredbytheinfraredthermoscope．Thecompetitivenucleationofa(Cu)phaseandL2phaseandsolidificationbehaviorinCu-20％Pbhypomonotecticalloywereanalyzedbymeansofclassicalnucleationtheoryalongwithtransientnucleationtheory．ThemicrostructuresevolutionofCu．20％

8、Pbhypomonotectic．Cu-34．15％PbmonotecticandCu-40％Pbhypermonotecticalloyswereobservedbyopticalmicroscope．MicrostructureevolutionmechanismofCu-20％Pbhypomonotecticalloywas