cucr合金定向凝固组织演化研究

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1、摘要Cu-Cr合金是一类高强度高导铜基材料，具有综合的优良性能。目前它作为集成电路的引线框架材料和电车线材料在信息和铁路领域得到了很好的应用。过去对该合金的研究主要是通过固态相变和时效处理的方法来提高导电率和强度，相对来说，利用凝固过程控制合金凝固组织，进一步探索提高合金强度和导电率的研究开展较少。本文利用定向凝固技术，对Cu-0．5％Cr单相合金和Cu-I．0％Cr亚麸晶合金在不同定向凝固速率下的组织演化及其特征进行了研究，获得了以下主要结果：定向凝固实验中获得了Cu-0．5％Cr单相合金平界面、胞状、粗枝、不规则胞状和细板条状的凝固组织。利用最高界面生长温度假设，计算了Cu-

2、0．5％Cr合金平界面失稳的临界速率，表明液相扩散系数DL为1×10"gmZ／s时，理论计算结果61an／s与实验结果5pm／s基本一致。理论计算和实验结果表明，Cu-0．5％Cr合金中非平衡凝固的共晶组织体积分数随定向凝固速率的增加而减少，实验测得的一次枝晶间距处于KF模型和Hunt．Lu模型计算结果之间。讨论了Cu一0．5％Cr合金初始过渡区中的溶质分布，说明在定向凝固初始过渡区内平界面会发生失稳现象，并给出了失稳的临界速率表达式。在温度梯度200K／cm和凝固速率2～201am／s下，Cu-1．0％Cr亚共晶合金定向凝固组织中存在带状组织，其主要表现形式为单相平界面与共晶的

3、带状组织以及单相平界面与胞晶加胞间共晶的带状组织。实验和理论分析表明带状组织产生的根源是合金没有达到稳态凝固，合金的凝固速率在带状组织生长中一直处于变化之中，并随成分的增加和溶质扩散长度的减少而增大，另外Cu—Cr合金存在较为严重的两相密度差，也是合金凝固组织产生带状组织，造成成分偏析的主要原因之一。关键词定向凝固，Cu-Cr合金，界面形态，带状组织，一次枝晶间距ABSTRACTHighconductivityandhigllstrengthCu-basedalloysmanufacturedastheintegratedcircuitlendframeandtrolleywir

4、ematerials黜appliedextensivelyinITandfailroadindustry．Todate，mostresearchesoilhi曲strengthandhighconductivityCu-Cralloysarcfocusedontheagingandheattreatmentprocessestocon仃olmicrostructuresincludingthesize，magnitudeandthematchrelationshipbetweendifferentphases．Thesolidificationprocess，averyimpor

5、tantmanufacturingprocessisoftenneglectedandreceivedlessconsideration．Inthispaper,microstrucmreevolutionsandcharacteristicsofCu-O．5％CrandCu-1．O％Cralloysarcrespectivelyinvestigatedunderdirectionalsolidification．11嵋mainresultsdemonstrateasfollows：Theplanar,cellular,coal'∞dendritic，irregularcellu

6、larandfmeplate·likesolidifiedmicrostructuresofCu-O．5％Cralloyarcobtainedatthepullingvelocityincreasingfrom2p．ra／sto500tml／swinlthetemperaturegradientof200K／cm．IftheliquiddiffusioncoefficientDLiSaboutlx10"gm2／s．thetheoreticalcalculanonof6jJm／sfortheplanarinterfacestableisinagreementwiththeexper

7、imentalresultof5“m／s．Whenthepullingvelocityachieves10pm／s．thenon-equilibriumsolidifica矗oncoupledeutecticsforminthedirectionallysolidifiedmicrostructuresofCu-O．5％Cralloy．AttheSal-netime，thevolumefractionofcoupledeutecticsdecreasesasthepullingv