Ag-Cu二元合金深过冷凝固行为研究

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Ag-Cu合金是典型的二元共晶体系合金,银铜合金拥有很好的导电导热性、较好的机械性能、硬度高,耐磨性和抗熔焊性、流动性和浸润性,是电机换向器和接触线的理想材料,广泛用于空气断路器、接触器、开关等中等负荷和轻负荷开关电器的断开接点,也用作微电机滑环和整流片等滑动接点材料,同时银铜合金也广泛应用于航空工业用的焊接钎料。目前对Ag-Cu合金深过冷凝固研究还大多集中在共晶成分合金的研究上,而对过共晶成分合金和富Cu成分固溶体合金的深过冷研究尚未有文献报道。因此,本论文采用液态玻璃净化深过冷凝固技术,探索研究了Ag50Cu50过共晶合金和Cu98Ag2 (at.%)过饱固溶体合金的深过冷能力和不同过冷度下的凝固组织演化,并基于形核动力学和深过冷凝固动力学理论模型,深入分析合金深过冷凝固机制。获得的研究成果如下:对于Ag50Cu50合金通过熔融玻璃循环净化法获得最大过冷度为135K,获得4个临界过冷度。Ag50Cu50合金的凝固组织与再辉有着密切的联系,再辉存在5种不同的再辉过程,不同的再辉曲线对应着不同的凝固组织。随着过冷度的增大,Ag50Cu50合金的组织演化主要为:p-Cu枝晶+细小(a-Ag+P-Cu)规则层片状共晶组织——细小树枝晶(球状晶)——胞状层片共晶组织——深过冷树枝晶——非规则组织+熔断残留的树枝晶。规则层片共晶组织的形成主要是因为过冷度大于76K小于115K时两相形核孕育时间相差较小,生长速度很接近,呈现共晶耦合生长,形成规则层片共晶组织。非规则共晶的形成是由于过冷度大于115K时,两相的孕育形核时间越来越靠近,p-Cu的生长速度大于a-Ag相生长速度,p-Cu相领先析出,形成枝晶,由于过冷度很大,释放大量的结晶潜热,使得枝晶熔断形成非规则共晶。对于Cu98Ag2合金通过熔融玻璃循环净化法获得最大过冷度为253K,获得3个临界过冷度。Cu98Ag2合金的凝固组织与再辉有着紧密的联系,再辉存在3种不同的再辉过程,且再辉过程的特征随过冷度的不同而不同,不同的再辉曲线对应着不同的凝固组织。在小过冷下,再辉曲线表现为一次再辉,在中等过冷条件下,再辉曲线表现为两次再辉,且再辉时间相对较长,在大过冷度下,再辉曲线表现为一次再辉,再辉值相对于中等过冷有所减小,再辉时间变得非常小。发现凝固组织与再辉速率存在密切的联系。对于Cu98Ag2合金随着过冷度的增大出现了5种不同的凝固组织,分别是小过冷树枝晶——第一类粒状晶——深过冷树枝晶——第二类粒状晶——第二类粒状晶+晶界处的亚稳相。通过对再辉速率进行分析后发现,不同的再辉速率对应着不同的凝固组织,再辉速率相差不大的凝固组织也类似。对深过冷条件下的不同过冷度的样品进行粒度分析得出,随着过冷度的增加,凝固组织出现了两次晶粒细化现象。并利用BCT枝晶生长模型解释了晶粒细化的机制。当过冷度达到253K时,发现在粒状晶的晶界处出现了大量的黑色第二相,将过冷度为253K的样品在350℃退火2小时后发现,原来的黑色第二相消失了,由此推断黑色的第二相为大过冷条件下形成的亚稳相。
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