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Cu-Fe合金因具有优良的综合性能及低廉的成本等特点,目前受到广大研究者的关注。为了能正确理解铜合金的亚稳液相分离微观组织的形成机理,并能制备一种性能优越的铜合金,本文选取Cu-Fe系合金为研究对象,研究了亚稳液相分离Cu-Fe合金中少数相的生长、凝并及凝固行为;同时利用铜模具制备了不同成分的Cu-Fe系合金棒材,探索了加工工艺对Cu-Fe系合金强度和电阻率的影响,取得了重要的研究成果:一、采用熔融玻璃净化法和熔体快淬法制备了Cu-Fe合金,研究了Cu-Fe合金的亚稳液相分离行为和凝固组织特征。1.通过差示扫描量热仪(Differential Scanning Calorimetry,DSC)对Cu-15wt.%Fe合金进行了热分析,发现当Cu-Fe合金被过冷到亚稳液相间隙以下时,则发生亚稳液相分离。结合实验结果和理论计算可知,随着过冷度的增大,富Fe相L1中的形核数目不仅增多,而且其体积分数也明显增大。2.当Cu-25wt.%Fe合金的过冷度ΔT=45°C时,则发生了亚稳液相分离。经数值计算表明,在过冷的Cu-Fe合金熔体中初始分离的液滴数目对分离液滴在布朗运动下的凝并行为影响比较明显,随着初始分离液滴数目的增加,完成布朗凝并所需的时间减少。随着分离液滴半径的增长,Stokes运动和Marangoni运动对分离液滴的凝并作用增强。分离液滴半径越大,完成凝并所需的时间越少;随着熔体过冷度和液滴半径的增加,分离液滴在Stokes运动和Marangoni运动下速率的比值Vs/Vm也增加。3.当Cu-35wt.%Fe合金的过冷度ΔT=120°C时,在分离的球状结构中发现了一种复杂的亚微结构,同时一种类似于Fe-C合金中珠光体的相,即(α+ε)相也被首次提出。通过研究Cu-35wt.%Fe合金的亚稳液相分离凝固过程,给出了L、L1和L2的分布关系,解释了三个液相的凝固过程,将笼统的富Fe相(γ)区分为γ、γ1、γ2,首次明确地解释了亚稳液相分离微观组织的形成机理。这对正确理解Cu-Co合金、Cu-Fe合金及Cu-Cr合金等体系的液相分离微观组织具有重要的指导意义。4.随着冷却速率的增大,分离的富Fe球颗粒尺寸达到纳米级,同时富Cu基体的晶体结构在微米级。这一结果揭示了随着冷却速度的增大Cu-Fe合金的晶粒尺寸可被明显细化。二、采用铜模具制备了一种导电率高且强度优良的Cu-Fe(-Sn)合金材料,系统研究了Fe(Sn)含量、正火处理、冷轧变形及退火处理对合金组织性能的影响。1.利用CA-FE(Cellar Automation-Finite Element)法模拟了Cu-Fe合金的微观组织,模拟结果表明:随着铸锭尺寸的增大,铸件内晶粒的平均尺寸均增大。降低过热、增大热交换系数有助于等轴晶区的形成,同时柱状晶尺寸减小。2.采用铜模具制备了不同成分的Cu-Fe(-Sn)合金棒材,并对其进行了正火处理、冷轧变形及退火处理。实验结果表明:随着Sn和Fe添加量的增加,Cu-Fe(-Sn)合金的抗拉强度和电阻率均增加。与铸态时的电阻率相比,正火处理后合金的电阻率增加,而与正火态的电阻率相比,轧制后合金的电阻率皆较低。经退火处理后,Cu-Fe(-Sn)合金的电阻率明显降低,抗拉强度略有减少。当Fe含量为5wt.%,经500°C×360min退火处理后,Cu-Fe合金的强度可达512MPa,导电率为85.78%IACS,断后伸长率为28.5%。3.微观组织研究表明,铜模快冷制备的Cu-Fe合金铸态时的组织呈等轴晶状,且当量直径为10~30μm;经退火处理后,在其富Cu基体中可形成孪晶,同时在Cu基体中还弥散分布着许多微晶颗粒,该微观组织的形成可极大地改善合金的综合性能。