[發(fā)明專利]一種細(xì)化鋁銅合金定向凝固組織的熔體過熱保溫時(shí)間

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110280478.0
• 申請日: 2011-09-21
• 公開（公告）號(hào): CN102313757A
• 公開（公告）日: 2012-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 司松海;司乃潮;孫克慶;劉光磊;李曉薇;楊嵩
• 申請（專利權(quán)）人: 鎮(zhèn)江憶諾唯記憶合金有限公司
• 主分類號(hào): G01N25/02
• 分類號(hào): G01N25/02
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于定向凝固和鋁合金技術(shù)領(lǐng)域，特指一種細(xì)化鋁銅合金定向凝固組織的熔體過熱保溫時(shí)間。

背景技術(shù)

定向凝固材料的性能在很大程度上取決于一次枝晶間距等特征長度，近年來，許多學(xué)者對定向凝固枝晶生長進(jìn)行了大量研究。在固液界面微單元熱量平衡分析的基礎(chǔ)上，建立了晶體取向?qū)σ淮沃чg距影響的理論模型。該模型表明，一維擇優(yōu)晶體取向與宏觀定向凝固方向偏離越遠(yuǎn)，一次枝晶間距越小。對單晶高溫合金凝固組織尺度的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，晶體取向?qū)σ淮沃чg距的影響趨勢和理論模型相吻合，其影響程度和固液界面溫度梯度及定向凝固速率有關(guān)。模型及實(shí)驗(yàn)都表明，提高固液界面溫度梯度和定向凝固速率，晶體取向?qū)σ淮沃чg距的影響程度減弱。

在非平衡體系中，一切態(tài)變量都是時(shí)間t和空間位置r的函數(shù)。體系從一個(gè)定態(tài)到達(dá)另一個(gè)定態(tài)需要一定的遲豫時(shí)間t′。因此，當(dāng)熔體由低溫被加熱到過熱溫度T_s時(shí)，熔體的結(jié)構(gòu)狀態(tài)將隨著時(shí)間的延長而不斷趨于T_s溫度的平衡態(tài)。當(dāng)t_s達(dá)到或超過過程進(jìn)行所需的遲豫時(shí)間t′時(shí)，熔體結(jié)構(gòu)即達(dá)到T_s溫度的平衡態(tài)。但當(dāng)t_s＜t′時(shí)，熔體結(jié)構(gòu)狀態(tài)將處于變化之中。所以，有必要考察熔體過熱保溫時(shí)間t_s對定向凝固組織形態(tài)和力學(xué)性能的影響。本發(fā)明開發(fā)出一種細(xì)化鋁銅合金定向凝固組織的熔體過熱保溫時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是開發(fā)出一種細(xì)化鋁銅合金定向凝固組織的熔體過熱保溫時(shí)間，其特征為，先將純度為99.99％的電解鋁和99.99％的電解銅按要求的成分熔配成Al-4.7％Cu合金，然后在快速凝固法定向凝固爐中制備定向凝固試樣。為在溫度梯度、凝固速率等工藝因素相同的條件下觀察熔體過熱保溫時(shí)間對定向凝固組織影響，須經(jīng)大量的試驗(yàn)探索，確定定向凝固溫度T₀、凝固速率V₀和熔體過熱處理溫度T_s。本發(fā)明選定T₀＝750℃，V₀＝90μm/s，T_s＝950℃，熔體過熱保溫時(shí)間t_s分別為30min，60min，90min，120min。

將定向凝固試樣在穩(wěn)定生長50mm的位置上截取長度約為20mm的樣品，制成沿橫截面和縱截面兩塊金相試樣，在臥式光學(xué)顯微鏡上進(jìn)行組織觀察與照相，采用定量金相分析儀測定枝晶一次間距，用電子萬能試驗(yàn)機(jī)測定Al-4.7Cu在不同溫度處理?xiàng)l件下定向凝固試樣的力學(xué)性能。

圖1為T₀＝750℃，V₀＝90μm/s，T_s＝950℃條件下，Al-4.7％Cu合金在t_s＝30～120s范圍內(nèi)定向凝固試驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果表明，隨著熔體過熱保溫時(shí)間t_s的延長，Al-4.7％Cu合金定向凝固組織由粗枝晶向細(xì)枝晶轉(zhuǎn)變，一次枝晶間距λ₁降低，即組織越來越細(xì)密。經(jīng)過熔體過熱保溫時(shí)間t_s為60min-120min后，一次枝晶間距比熔體過熱保溫30min的減小了35.1％-36.7％。由表1可見，抗拉強(qiáng)度σ_b/MPa比熔體過熱保溫30min的提高了14.8％-22.9％，延伸率δ/％比熔體過熱保溫30min的提高了43.5％-62.9％。顯然，熔體過熱保溫時(shí)間對定向凝固一次枝晶間距有顯著影響，可以細(xì)化定向凝固組織，提高力學(xué)性能。熔體過熱保溫時(shí)間大于120min后，定向凝固一次枝晶間距變化已不顯著，同時(shí)定向凝固生產(chǎn)效率降低，因此Al-4.7％Cu合金進(jìn)行定向凝固時(shí)，熔體過熱保溫時(shí)間不大于120min。其金相組織和力學(xué)性能見圖1和表1。

附圖說明

圖1熔體過熱時(shí)間t_s對Al-4.7％Cu定向凝固組織的影響

(a)t_s＝30min，λ₁＝244.9μm；(b)t_s＝60min，λ₁＝185.2μm；

(c)t_s＝90min，λ₁＝168.0μm；(d)t_s＝120min，λ₁＝154.9μm

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1