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偏晶合金具有许多优异的物理特性和化学特性,是工程应用中一种十分重要的金属材料。但是由于大多数偏晶合金系组元间的密度和熔点相差很大,而且在较大的温度区间和成分范围内存在着两液不混溶区,因此极易产生重力偏析,所以,按常规方法难以获得均匀的组织。
本实验以Cu-Pb偏晶合金为研究对象,通过对不同工况下偏晶反应区、过偏晶高Pb含量液-液分离区凝固组织的对比,探讨了偏晶反应区共生组织形成机制、高Pb含量区组织液-液分离和粗化机制,研究了添加第三组元、不同冷却速度、施加强磁场工况下对Cu-Pb偏晶合金偏晶反应区、过偏晶高Pb含量液-液分离区凝固组织的影响。在实验的基础上,加上理论分析,得出以下结论:
1.不同工艺条件对添加元素Cu-Pb合金偏晶反应区凝固组织的影响
Ag作为第三组元添加后,破坏了共生结构,促进了富Pb枝晶和胞晶结构的形成。添加RE的作用主要是促进形核,并且对棒状组织有细化作用。对于添加第三组元凝固组织,随着冷却速度的降低,棒状组织变的更粗,大团的富Pb相开始出现。强磁场对偏晶反应区Cu-Pb合金凝固组织的影响主要是抑制了偏析,促使棒状组织伸长,细化晶粒。
2.不同工艺条件对Cu-Pb合金高Pb含量液一液分离区凝固组织的影响
在石墨空冷条件下,第三组元Ag和RE的添加都可以减轻试样中的宏观重力偏析。在石英空冷条件下,添加第三组元对于Cu-60wt%Pb合金重力偏析的抑制效果不太显著。对于Cu-80wt%Pb合金,Ag和RE的添加都能够显著的抑抑重力偏析。对于添加Ag元素的高Pb含量过偏晶合金,冷却速度的变化对富Cu层厚度的影响不显著,但冷却速度的加快可使光滑的分层界面变的不规则。随着冷却速度的增加,有更多富Pb相留在富Cu层中,同时富Pb层中也增加了数量更多的富Cu球相。对于添加RE元素的高Pb含量过偏晶合金,冷却速度的作用与添加Ag相似,但是冷却速度的提高将使富Cu层厚度变薄。强磁场可以在一定程度上有利于抑制凝固过程中的两液相分离,增加富Cu层中的Pb含量,并有利于保留富Pb基体中的富Cu球相。