Cu-Cr二元过共晶合金的深过冷及快速凝固

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1、第!’卷第(期中国有色金属学报’""’年!"月!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!CDE7!’FD*(&’(!’)*(+(,-"$*./-01-*0($$-"+2(3./+GHI7!’""’!文章编号"!""#$"%"&!’""’""($")&!$"%!!"#!$二元过共晶合金的深过冷及快速凝固朱定一!!杨晓华!!魏炳波’!!*福州大学材料科学与工程学院#福州+("""’$’*西北工业大学应用物理系#西安,!"",’"!摘!要"采用+-落管实验装置#研究了./0(1.2!摩尔分数"过共晶合金深过冷快速凝固组织的演变规律%研

2、究表明#随着过冷度增大#.2的组织转变有+个阶段&首先初生相.2由长条状转变为球状#.2颗粒的直径被细化至’"-$其次当过冷度进一步增大#初生相.2的结晶被完全抑制#结晶进入扩展共晶区形成完全的共晶组织#.2颗粒的直径被细化至"*("-$最后当过冷度进一步增大#./0(1.2过共晶合金获得绝对稳定平界面生长#生成超饱和的单相./0.2固溶体合金%随着.2颗粒的细化#.2中固溶./组元含量不断增大#实际上形成了富.2和富./的两个区域%!关键词"./0.2合金$落管$深过冷$共晶组织$绝对稳定平界面生长!中图分类号"34!!!*#!文献标识

3、码"5!!./0.2合金是具有重要应用价值的电触头材重研究了./0(1.2过共晶合金!摩尔分数"在无容’!#’(料#广泛应用于大功率高电压的开关元器件%器接触的洁净环境中凝固组织的演化规律%通过控在电触头材料中加入.2元素可以有效减弱开关在制凝固液滴尺寸的不同#获得了不同过冷度下的细接触或断开瞬间由于放电对电触头的烧损%然而从化组织#并首次获得绝对稳定平界面生长的./0(1./0.2合金相图!见图!"中共晶转变部分可以看.2单相固溶体合金#为./0.2合金的凝固基础研到#./0.2合金的共晶点强烈偏向于相图中./的究及工业应用提供了有益的

4、参考数据%一侧#!!.2"6!7(%1#因而在形成的共晶组织中#.2量很少#不能满足工业用合金的需要#必须使用’+#((过共晶合金%但大量实验表明#在普通铸造条%!实验件下#过共晶合金中的.2在凝固时往往以粗大的初生相首先结晶#不能在./基体中形成细小分布#!!采用纯度!质量分数"为&&*&&1的纯./和严重降低了电触头材料的使用性能#而.2粒子的&&*&)1的纯.2#按摩尔比配制./0(1.2合金%先细化可以提高触头材料的耐电压强度#降低最大载’%#,(将配好的金属放入真空电弧炉中熔炼%电弧炉内抽流值%因此目前在工业生产中#./0.2电

5、触头$#合金常采用粉末冶金烧结方法制作’!#%#,(%但其使真空至’7(8!"9:后#充入52气至!"!*+;9:%用性能一方面受到.2粉的制备及其颗粒尺寸和形将熔炼均匀的合金作落管无容器接触深过冷快速凝’%(状的影响#另一方面也会受到杂质)氧化物)气固实验%落管实验是将熔炼好的./0(1.2合金取’)(孔及./*.2界面结合等问题的影响%液态金属的出!<放置于底部带有直径"7(--小孔)直径为深过冷及快速凝固是获得非平衡态凝固组织以及细!(--的石英玻璃试管中#然后装置在+-落管的’&(化初生相和共晶组织的有力手段%研究表明#在顶端#采

6、用高频感应加热熔炼%落管内首先进行真无容器接触的洁净环境中#液态金属在凝固时可以空处理#当真空度达到’7(8!"$#9:后#充入52避免异质晶核的早期诱发形核作用#使过共晶合金和=>的混合气体进行保护#待金属熔化后#用52获得完全的共晶生长#使偏晶合金抑制两液相的大’!"#!!(气将其吹落#最后在落管底部收集凝固后的金属粒体积分离#从而获得均匀细小分布的弥散化组织%./0.2合金相图兼有共晶转变部分和偏晶转子%组织形貌用?5$)#"型扫描电镜和?@4$"(变部分#目前对其非平衡凝固条件下的组织演变规光学显微镜进行分析%微区组织成分分析用能

7、谱仪律研究很少%本文作者采用+-落管实验方法#着!A9B"进行半定量分析%万方数据!!收稿日期"’""!$!’$!)$!修订日期"’""’$"’$’,!!!!作者简介"朱定一!!&()$"#男#副教授#博士*))&’)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!中国有色金属学报!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!’""’年!"月"-4!结果及分析45%!凝固组织图!所示为./0.2合金的共晶转变部分相图!./0(1.2合金属过共晶合金"熔点温度为!("+J"平衡结晶组织由初生相.2和#./K.2$共晶组成!从相图可以看到"./和.2彼

8、此之间的固溶度很小"在!+#&*%J共晶温度"./只能固溶"*)&1的.2"而.2仅能固溶"*’1的./!过共晶.2的液相线温度梯度很大"造成./0(1.2合金的初生相结晶温度间距较大"由熔点