热历史对sn―sb合金的定向凝固行为的影响

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1、热历史对Sn―Sb合金的定向凝固行为的影响　　摘要：该文以Sn-10%Sb合金为研究对象，通过对浇注温度的控制，观察比较不同过热度下试样的金相组织，总结出不同热历史不同温度梯度对Sn-Sb合金定向凝固行为影响的一般规律。试验结果表明：本文设计的凝固装置是能够制备出定向组织十分显著的Sn-Sb合金。温度梯度是定向凝固的保证，Sn-10%Sb合金熔体在坩埚中凝固时，组织由等轴晶的Sn和块状SnSb化合物组成；同一种成分的Sn-Sb合金过热度增大，合金熔体结晶时过冷度就增大，凝固组织晶粒度变小；而当温度梯度变大时，合金定向凝固组织就更加

2、明显。　　关键词：定向凝固；热历史；Sn-Sb合金；温度梯度　　中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044（2016）19-0188-03　　1试验装置及其器材的使用6　　试验装置大致可以分为两个部分：即冷却部分和凝固部分。根据定向凝固的有关原理，作为铸型的石英管插入耐火保温材料中，将耐火保温材料连同石英管和盛放于坩埚内的合金一起放在加热炉中加热到指定温度并保温，然后将耐火保温材料连同石英管取出平整地放在下方通有冷却水的铜板上，然后向石英管内浇入合金液，由于耐火保温材料能防止热量向四周发散，保证了热量只能在垂

3、直方向上向下传递，从而在垂直方向上形成一个温度由下向上逐步升高的温度场。建立如此的温度场保证石英管内的合金熔体实现由下向上的定向凝固。　　2试验步骤　　1）配样：首先用电子分析天平按比例称取金属Sn和金属Sb共40g用于配制的Sn-10%Sb合金材料，然后放入事先已经用酒精清洗过的小坩埚中。　　2）熔炼（保温）：先将已经加热熔融的B2O3覆盖剂覆盖在合金上，然后把整个坩埚及凝固试验用的铸型（耐火保温材料和石英管）放入加热炉中，当温度升到指定的温度时，保温一定的时间。待到保温结束，将耐火砖和试样取出进行浇注。　　3）浇注：将铸型从加

4、热炉内取出放在铜板上，然后快速地将熔化的合金熔体浇注到石英管中，并不断地向铜板表面冲水，使其在石英管中进行凝固。等凝固结束并冷却下来后，将石英管从铸型中取出，最后再将凝固后的试样从石英管中取出。　　4）制样：取出的试样后，一般将试样锯为三段，即上段、中段、下段，并除去表面粗糙部分。　　5）磨样、抛光及腐蚀：将三段试样选择性的用砂纸磨制，按照要求磨出纵端面或横断面，直至磨到试样表面无划痕为止。然后将试样放在抛光机上进行抛光。在抛光的过程中，要不时的浇入抛光液和水，直到表面光亮为止。　　6）观察金相组织并拍照：将抛光好的试样放在显微镜

5、上，调整好试样位置和显微镜倍数后仔细观察，必要时显微镜配备的数码照相机拍摄金相照片。6　　3试验结果与分析　　在试验过程中，我们将配制的Sn-Sb10合金分别加热到760℃、850℃保温，然后进行定向凝固试验，待试样完全凝固后从石英管取出，按前述方法制备金相试样、观察相应的组织，并对组织进行分析。试验研究的分析及结果分述如下：　　3.1850℃/30minSn-10%Sb合金熔体缓冷后的组织　　为了分析Sn-10%Sb合金定向凝固行为，首先对Sn-10%Sb合金熔体在坩埚内空冷后的凝固组织进行分析，图1即为Sn-10%Sb合金加热

6、到850℃保温30分钟后在坩埚内凝固的金相组织。由图1可以清楚的看到，坩埚内凝固后的金相组织由粗大Sn的等轴晶和六面体的SnSb化合物组成。该组织的形成原因可以结合如图2所示的Sn-Sb合金相图进行分析。　　由于处于坩埚内凝固的合金熔体热量不仅仅从顶端向空气中散失，而且还通过坩埚壁向四周散失，这样就不会形成某个方向上稳定的温度梯度，从而形成无明显方向生长的等轴晶。按照包晶反应的原理，从Sn-Sb合金相图中可以看到，由于Sn-Sb二元合金是低熔点合金，结晶温度的范围比较窄，在平衡条件下，固液相线温度大概为270℃，当冷却温度到此温度

7、的时候，首先从液相L析出高熔点的SnSb化合物相，当温度继续下降，在包晶反应温度235℃之前，随着SnSb化合物的不断析出，液相中的Sb含量在不断减少，当包晶反应开始的时候，液相L′和SnSb化合物相反应生成相Sn，原先析出的SnSb化合物相，其密度比相小，因此在结晶过程中SnSb6化合物上浮至试样顶部。（合金中固熔体具有良好的塑性，是合金的软基体，而相是硬脆的方形晶体，是合金的硬质点）此时，液相中的Sb含量在持续减少，直至液相中的Sb全部反应完，因此最终形成了由粗大的Sn的等轴晶和六面体SnSb化合物组成结晶组织。　　3.276

8、0℃/30minSn-10%Sb合金熔体定向凝固组织　　在浇注温度为760℃，即过热度较小时，通过选取合金试样下部纵端面底段、过渡区、稳定区的金相图，如图3所示，我们经过仔细的观察，可以清楚的看到由下自上分别出现了晶粒很细小、定向生长趋势不是很明显