快速凝固cusn亚包晶合金的微观结构与性能

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1、摘要论文题目：快速凝固Cu．Sn亚包晶合金的微观结构与性能学科专业：材料加工工程研究生：杨扬指导教师：徐锦锋教授翟秋亚副教授摘要签名：本文采用单辊实验装置研究了Cu-xwt％Sn(x=7，13．5，20)iIF包晶合金的快速凝固及组织特征，通过将金属熔体热传导方程与Navier-Stokes方程相耦合，理论计算了液态合金的冷却速率，并借助XRD、TEM、OM、SEM分析技术，深入研究了急冷快速凝固条件下Cu—Sn亚包晶合金的相选择和组织演变规律，定量分析了快速凝固合金的电阻率、显微硬度、抗拉强度和伸长率，探索了冷却速率、组织形态与合金电阻率及

2、力学性能的相关规律。研究结果表明：在快速凝固条件下，Cu-7％Sn合金形成了过饱和的单相a．Cu固溶体组织；Cu-13．5％Sn合金形成了以亚稳的Cul37Sn为主相的快速凝固组织；Cu一20％Sn合金的包晶转变和共析转变均受到抑制，形成了以亚稳的Cu56Sn金属间化合物为主相的快速凝固组织。cu-7％sn、Cu．13．5％Sn的凝固组织沿垂直辊面方向大致分为三个晶区：辊面细小等轴晶区、中部柱状晶区和自由面粗大等轴晶区。随着冷速的增大，柱状晶区厚度变小，晶体形态由柱状晶向等轴晶转变：Cu．20％Sn合金中的cm6sn相随着冷速的增大从小平面生

3、长向非小平面生长转变，其组织形态由粗大板条状向细密的柱状过渡。ct-Cu相及cul37sn相均以柱状晶方式生长。随着温度梯度和冷却速率的增大，桂状晶生长速率呈线性增大。TEM分析表明，在Cus．6Sn晶内存在大量的位错塞积和孪晶。孪晶之间相互平行，间距约25～80nm。冷却速率的增大使位错密度增大，孪晶数量增多。随着冷却速率的增大，一方面，合金组织明显细化、晶界增多，对自由电子的散射作用增强，Cu．Sn亚包晶合金的电阻率显著增大，当晶界散射系数取r--0．992时，可用M-S模型分析其电阻率；另一方面，细晶强化作用增强，合金的显微硬度和抗拉强

4、度呈线性增大，并且辊面细晶区显微硬度要略高于自由面粗晶区显微硬度；与此同时，合金的伸长率也相应减小，其值在1．0％-4．6％范围。关键词：Cu．Sn亚包晶合金；快速凝固；晶体生长；电阻率；力学性能垃翟狃拦西安理工大学硕士学位论文Title：MICROSTRUCTUREANDPROPERTIESOFRAPIDLySOLIDIFIEDCU-SnHYPOPERITECTICALLOYSMajor：MaterialProcessingEngineeringName：YangYANGSupewisor：Prof．JinfengXUAssociatePr

5、of．QiuyaZHAAbstractSignature：逸翌g幽白s-gnat⋯翟裕Signature：出红Inthispaper,therapidsolidificationandmicrostrueturalcharacteristicofCu-xwt％Sn(x=7，13．5，20)hypoperitecticalloysareinvestigatedbymelt-spunmethod，thecoolingrateiscalculatedtheoreticallythroughcouplingthemeltheatconductequa

6、tionandNavier-Stokesequation,thephaseselectionandmicrostructuralevolutionofthealloysarestudiedbyXRD、TEM、OMandSEMtechniques，meanwhile，theelectricalresistivity、microhardness、tensilestrengthandelongationofalloysaremeasuredexperimentally,andtherelationshipsbetweencoolingrateand

7、alloypropertiesarefilrtheranalyzedtheoretically．Itshowsthat：Underrapidsolidificationconditions，thesinglephasea—CusolidsolutionisformedforCu-7％Snhypoperiterticalloy；ThemicrostruetureofCu-13．5％SnalloyconsistsofmainphaseCul37Snandafewof仪-Cuphase；Theperitectictransitionandeutec

8、toidtransitionsofCu-20％Snalloyarcallsuppressed，whichresultsintheformationofmierost