氧元素对Cu-Cr合金凝固行为的影响

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Cu-Cr合金具有较高的机械强度和良好的导热导电性能,因此在工业上获得了广泛应用。近些年来,人们对Cu-Cr合金的显微组织以及力学和电学性能等进行了大量的研究。但是,文献中长期以来存在两种不同类型的Cu-Cr合金相图-偏晶型相图和简单的共晶型相图。很多学者认为偏晶反应可能是由于样品在熔化和凝固过程中受原料、保护气氛及坩埚材料中氧元素污染而造成的。但是,这些看法因缺乏实验证据仍是一种猜测。本文针对这一问题展开研究。 通过原料氧化法和合金氧化法,探索了向Cu-Cr合金中定量化地加入氧的8种方案的可行性,并选择了其中可行方案中的一种配制了Cu<,100-x-y>Cr<,x>O<,y>(x=4~63,y=2~6)合金。具体的做法是,向Cu<,100-x-y>Cr<,x>(x=5~70)合金中加入一定量的Cu<,80>O<,20>合金后进行电弧熔炼或感应熔炼。通过对合金凝固组织的观察以及凝固过程中利用红外测温仪获得的温度一时间曲线对Cu-Cr-O合金的凝固行为进行了研究。为了比较,还对二元Cu<,100-x-y>O<,x>(x=7,12,20)和Cr<,100-x-y>O<,x>(x=9,15,24)合金的凝固行为进行了研究。 研究结果表明:(1)Cu-O合金在凝固时发生了液相分离,液相分离的程度随着合金氧含量或冷却速率的提高而加剧。(2)Cr-O合金在凝固时也发生了液相分离,并且形成了富O层和富Cr层。随着氧含量的提高,富O层的最大厚度不断增加,其内部的二次液相分离现象变得更加显著。(3)氧的加入使Cu-Cr合金的液相分离区域明显扩大。在电弧熔炼条件下,加入2、4和6at%O后分别使Cu-Cr合金中的液相不互溶间隙扩大至46、25和22at%Cr。在感应熔炼条件下,加入2和4at%O分别使Cu-Cr合金中的液相不互溶间隙扩大至37和34at%Cr。分析认为,感应熔炼条件下坩埚材料和合金之间的化学反应可能进一步促进了Cu-Cr合金中的液相分离,从而使低氧含量和低速冷却条件下液相不互溶间隙的扩大幅度更为显著。另外,无论是感应熔炼还是电弧熔炼,氧的加入都使Cu-Cr合金中出现了附加的液相分离。
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