快速凝固Cu-Cr合金

快速凝固粉末鋁合金是快速凝固取得的最重要成果之一。美國(guó)材料咨詢局( NMAB)對(duì)先進(jìn)的快速凝固鋁合金的研究做了全面的評(píng)估，得出的結(jié)論是：(1)快速凝固粉末鋁合金的性能比傳統(tǒng)鑄錠冶金優(yōu)越得多；(2) 快速凝固粉末冶金鋁合金主要用于航空工業(yè)；(3)現(xiàn)行的有關(guān)相關(guān)系、顯微組織及結(jié)構(gòu)性能方面的知識(shí)不適用于快速凝固鋁合金。咨詢局的評(píng)估是對(duì)快速凝固鋁合金的研究、開發(fā)、試驗(yàn)與生產(chǎn)的有力支持，該報(bào)告特別指出應(yīng)進(jìn)行長(zhǎng)期、廣泛的基礎(chǔ)研究并制定發(fā)展規(guī)劃。

快速凝固鋁合金主要是在粉末高比強(qiáng)合金、粉末耐熱鋁合金、粉末高強(qiáng)鋁合金、粉末耐磨鋁合金方面取得了很多成果，特別是粉末耐熱鋁合金的成就令人矚目。

鐵合金澆注和?；瘯r(shí)凝固的形狀和大小取決于液態(tài)鐵合金的物理性能，特別是表面張力、黏度、合金熔點(diǎn)和其氧化物的熔點(diǎn)。

凝固過程表面張力的影響

表面張力起著減少液體表面的作用。純鐵的表面功大約為1.8N/m解在鐵水中的碳、錳和硅等元素使得該值降低。含4%碳與少量的錳和硅形成的熔體表面張力約為1.5N/m。硫和氧對(duì)鐵的表面張力有著極大的影響。含硫量小到0.06%，鐵基熔體的表面張力為0.9N/m爐料級(jí)鉻鐵和高碳錳鐵表面張力為1.1～1.3N/m面張力直接影響成團(tuán)塊澆注機(jī)中產(chǎn)生的扁平鐵餅的厚度。

鐵餅的厚度與液態(tài)金屬的表面張力、液態(tài)金屬比重有關(guān)。在低碳鉻鐵或低碳鋼的鐵餅厚度為10mm左右，而表面張力較低的錳鐵鐵餅厚度為4～5mm。黏度是另一個(gè)重要的參數(shù)，黏度高的金屬熔體即使其表面張力較低也能?；珊竦蔫F餅。

在金屬液球的冷卻過程中，球體各部位溫差較大，表面張力有所不同。如果冷區(qū)的表面張力小于熱區(qū)的表面張力，冷區(qū)的金屬就會(huì)被熱區(qū)的金屬拉到熱區(qū)附近。反之，熱區(qū)的表面張力小于冷區(qū)的表面張力，熱區(qū)的金屬就會(huì)被冷區(qū)的金屬拉到冷區(qū)附近，露出新的液態(tài)金屬表面。

由此可以推出：液體表面張力隨溫度升高而增大，那么鐵的表面呈現(xiàn)光滑；表面張力隨溫度降低而減少，鐵會(huì)形成有皺紋的表面。許多金屬的表面張力與溫度并非呈現(xiàn)線形變化。當(dāng)金屬過熱度太大時(shí)，?；F餅通常是不光滑的。在實(shí)際生產(chǎn)中可以看到：?；囪F的表面是光滑的，而?；t鐵的表面呈現(xiàn)許多皺紋。

凝固過程黏度的影響

液態(tài)金屬的黏度對(duì)鐵合金成形有一定影響。金屬液流在水流的沖擊下發(fā)生變形。液球的重力和表面張力將其拉成餅干狀。黏度高的液體有較高的抵抗變形的能力，鐵餅厚度較高。

凝固過程熔體溫度的影響

鐵合金的澆注溫度由1600℃提高到1700℃時(shí)形成固體外殼的時(shí)問由 0.1s延長(zhǎng)到0.7s左右。這將使?；虝r(shí)間延長(zhǎng)到2.5s。過熱度大的液態(tài)金屬在水?；尚螘r(shí)得到的粒度較小。

凝固過程化學(xué)成分的影響

碳、硅等元素在合金中的含量會(huì)影響合金的熔點(diǎn)和過熱程度。一般來說，含碳高的金屬熔體的熔點(diǎn)較高，比較容易過熱。低碳合金成塊澆注通常得到粒度大、強(qiáng)度高的金屬餅。為了得到較大塊度的高碳合金易采用低溫澆注。

鐵合金中的氣體含量對(duì)鐵的表面形狀影響很大。中低碳鉻鐵中溶解的氣體在凝固時(shí)從鐵水中析出，導(dǎo)致合金氣孔較多。經(jīng)過真空處理或蓋渣澆注的鉻鐵則幾乎沒有氣孔，會(huì)屬錳中溶解的氣體含量比較高，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)比較疏松、強(qiáng)度變差。

高強(qiáng)度高導(dǎo)電銅合金，是微電子、通訊、交通和航空航天等高新技術(shù)領(lǐng)域重要的新型功能材料。本項(xiàng)目研究了微合金化的CuZrAl合金組織與性能的關(guān)系。探索了熱處理工藝對(duì)合金導(dǎo)電率和力學(xué)性能的影響。同時(shí)，設(shè)計(jì)出快速凝固連續(xù)鑄造結(jié)晶器，研究了合金的快速凝固連鑄技術(shù)，并對(duì)連鑄合金棒材進(jìn)行了組織與性能評(píng)價(jià)。 銅模噴鑄2 mm直徑Cu90Zr10-xAlx合金棒由α-Cu和Cu5Zr相組成，Al固溶于α-Cu中。其中Cu90Zr9Al1由α-Cu Cu5Zr的共晶組織基體和其上彌散分布的細(xì)小纖維狀Cu5Zr增強(qiáng)相組成，Cu90Zr7Al3和Cu90Zr5Al5由先析出的枝晶狀α-Cu和枝晶間的α-Cu Cu5Zr共晶組織構(gòu)成，Cu90Zr3Al7和Cu90Zr1Al9由α-Cu晶粒和晶界處的少量α-Cu Cu5Zr共晶組織所構(gòu)成。Cu90Zr9Al1、Cu90Zr7Al3和Cu90Zr5Al5合金棒的壓縮屈服強(qiáng)度分別達(dá)到1513、1066和812MPa，維氏硬度分別為420、326和250。 銅模鑄造20mm直徑的Cu99Zr0.5Al0.5合金由細(xì)小的等軸晶粒組成，晶界處存在少量α-Cu Cu5Zr共晶組織，冷軋后等軸晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)闂l帶狀變形組織，晶界處共晶組織破碎，呈不連續(xù)條狀分布。經(jīng)過70%冷軋450℃/1h時(shí)效的Cu99Zr0.5Al0.5合金，具有較好的綜合性能，抗拉強(qiáng)度為460MPa，伸長(zhǎng)率為16%，導(dǎo)電率為60% IACS。對(duì)添加0.01?的合金進(jìn)行950℃/1h固溶處理，固溶處理后經(jīng)70%冷軋450℃/2h時(shí)效處理，抗拉強(qiáng)度達(dá)到469.2 MPa、導(dǎo)電率達(dá)83.3% IACS。 自主設(shè)計(jì)出真空雙室差壓快速凝固水平連鑄系統(tǒng)，成功連鑄出純銅和CuZrAl合金及CuZrAlCe合金棒材，合金棒具有良好的表面質(zhì)量。其中，Cu90Zr9Al1合金棒由交替分布的α-Cu和Cu5Zr相組成，壓縮斷裂強(qiáng)度為996MPa，抗拉強(qiáng)度為865MPa，導(dǎo)電率為12.3%IACS。對(duì)于添加0.01at?的Cu-Zr合金，在1250℃的連鑄溫度下、使用2mm/s的拉坯速度、拉5s停2s的連鑄工藝、2L/min的冷卻水流量和0.05MPa壓差，成功制備出表面質(zhì)量良好的合金棒。