高梯度定向凝固Cu-Cr自生复合材料的组织与性能

摘要

定向凝固Cu-Cr自生复合材料由于具有高强度、高导电性,同时因其在凝固过程中自动形成而避免了人工复合材料中长期存在的界面污染、稳定性差等不足,因而在电气化铁路用电车线材方面有广阔的应用前景.该文就是以电车线的应用为背景,采用Cu-Cr合金作为研究对象,从凝固工艺和凝固机制两个方面,系统地研究了其在定向凝固工艺下的组织形态及其强化元素的析出行为.主要内容和成果有:1.自行设计了一台双区加热高梯度定向凝固装置.该装置采用了双区加热和液态合金直接冷却技术,再配以合适的辐射挡板,可以提高液固界面处的温度梯度.抽拉系统可以实现较大范围内(0.2-850μm/s)的连续调节,抽拉过程平稳可靠,低速抽拉时无爬行蠕动现象,同时具备液淬功能.2.揭示了Cu-Cr共晶的生长形态,发现其在共晶生长过程中,共晶体(α+β)依附在α相上生长;Cu-Cr因有较好的共格关系,其共晶形貌按照其结晶结构学特点生长,定向凝固下热流的方向影响不显著.3.在非平衡凝固条件下,亚共晶Cu-Cr合金凝固组织的一般特征为柱状的初生α晶之间分布着条状的Cu-Cr共晶体,前者主要起导电作用,后者作为强化相,形成共晶纤维强化的自生复合材料.4.定向凝固条件下,随着凝固速率的增加,无论亚共晶合金或过共晶合金,一次枝晶间距减小,二次枝晶生长得到不同程度的抑制.5.实验条件下定向凝固Cu-Cr合金的抗拉强度明显高于铸态Cu-Cr合金,扫描电镜(SEM)断口表明定向凝固Cu-Cr合金断口滑移系多于铸态Cu-Cr合金.6.通过对初生β相(Cr)相析出机制的初步分析和探讨,认为由于熔体局部的溶质和热流波动,初生β相的生长形态有花瓣状或三棱形.由此可见,初生β相在其长大过程中,定向效果不明显,这将影响α相和共晶体的形貌和分布,不利于获得具有纯Cr纤维强化相.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1文献综述

§1.1.1共晶自生复合材料及其发展

§1.1.2定向共晶合金研究的基本原理

§1.1.3定向凝固技术的发展

§1.2 Cu-Cr自生复合材料的研究现状及存在的问题

§1.3本课题选题背景及研究思路

参考文献

第二章实验内容和方法

§2.1研究方案和路线

§2.2实验材料

§2.2.1合金选择

§2.2.2合金熔炼与配制

§2.3试样的制备

§2.4组织及成分分析

§2.5性能测试

§2.5.1机械性能实验方法

§2.5.2电学性能实验方法

§2.6实验研究内容

参考文献

第三章高梯度定向凝固装置的研制

§3.1设计方案及原理

§3.2组成系统

§3.2.1加热系统

§3.2.2冷却系统

§3.2.3抽拉系统

§3.2.4真空系统

§3.2.5控制系统

§3.3本章小结

参考文献

第四章Cu-Cr合金的定向凝固组织及性能

§4.1 Cu-Cr合金的非平衡凝固

§4.2 Cu-Cr合金定向凝固组织

§4.2.1 Cr-Cu合金定向凝固界面

§4.2.2凝固速率对定向组织的影响

§4.2.3 Cr-Cu亚共晶合金的定向凝固组织研究

§4.2.4 Cu-Cr过共晶合金的定向凝固组织研究

§4.2.5其他凝固组织

§4.3定向凝固Cu-Cr合金的性能

§4.3.1抽拉速率对性能的影响

§4.3.2拉伸试样断口及分析

§4.4本章小结

参考文献

第五章Cr相析出机制的探讨

§5.1由固相脱溶析出βⅡ相

§5.2由共晶反应生成β共晶相

§5.3由液相结晶生成β初生相

§5.4本章小结

参考文献

第六章结论

致谢

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