共晶合金

共晶合金

共晶成分合金的結晶是在恆溫下進行的,結晶過程從表面開始向中心逐層推進.由於凝固層的內表面比較平滑,對尚未凝固的液態合金流動的阻力小,有利於合金充填型腔.此外,在相同的澆注溫度下,共晶成分合金凝固溫度最低,相對來說液態合金的過熱度(即澆注溫度與合金熔點溫度差)大,推遲液態合金的凝固,因此合金的流動性最好。

介紹

共晶合金

採用NETZSCHDSC404型差示掃描量熱儀(DSC)、掃描電子顯微鏡(SEM)等手段研究了添加元素Sb，Bi和Fe對Cu-8P共晶合金熔點和組織的影響。實驗結果表明：sb，Bi和Fe均能降低Cu-8P合金的熔點。一定量的Sb與Cu，P形成低熔點相，從而大幅降低了Cu-8P合金的熔點，使其熔點降低近200℃；加入少量Bi後，Bi與Cu在共晶團晶界上形成熔點為270℃左右的低熔點化合物，且Bi的加入明顯細化Cu-8P合金共晶團，從而使Cu一8P合金的熔點降低；加入Fe能明顯細化Cu-8P合金的共晶團，使層片間距由8btm減為2btm以下，並使共晶團由層片狀向短棒狀轉變，雖然Fe與Cu形成熔點為806℃的高溫相，但Fe的細化作用使得Cu-8P合金的熔點降低，但降低幅度不大。同時得出形成低熔點的化合物(相)和細化晶粒是降低合金熔點的有效途徑。

共晶合金的定向凝固(direetionalSolidifiea-tionofeuteeties)控制共晶合金的凝固條件，產生沿凝固方向平行排列的層狀或纖維狀組織而獲得不同相的複合材料的工藝。這類複合材料主要有Mg、Al、Cu等低熔點共晶系和Ni、Ti及碳化物組成的高熔點共晶系兩組。組織形態有層狀、纖維狀、片狀和板狀。合金定向凝固的條件為G/R)△H/P式中G為液固相溫度梯度;R為凝固速度;△月為凝固潛熱;屍為熱導率。凝固組織形態屍可用下式判斷:G/R一m△C/D一KC一P式中m為液相線斜率;△C為與共晶成分偏差量;D為溶質在液相擴散係數;凡C，為微量元素濃度。如果屍>o，結晶為層狀，屍簇。為網狀組織，屍《。為枝狀組織。製備定向凝固共晶合金的設備為桶式爐(見圖)。原料由上部加入，加熱後形成液體，然後緩慢下流，進入冷卻區，在A點開始結晶。

然後繼續下移，在B點完成結晶.全部凝固。為保證結晶形態.AB兩點間應保持適當溫度梯度及合適的冷卻速度，即保證屍>。。這種方法由於從下向上垂直凝固，可以防止液固相界面上產生對流，保證結晶形態。控制熱流的方法有兩種:(l)將材料整體熔化，從一端冷卻;(2)將材料部分熔化，然後逐漸推移，熔化其他部分。第1種方法易產生成分偏析;第2種方法裝置複雜。溫度移動方向定向凝固共晶合金製備原理示意圖定向凝固複合材料，由於組織間結合性好，近於化學平衡狀態，因而熱穩定性好，高溫與室溫強度相近。缺點是製造工藝複雜，成本高。這類複合材料的主要特點為:

(l)室溫強度高。如AI一10%AINi:整齊排列的共晶合金，室溫強度比普通鑄造合金高3.5倍。(2)高溫性能好。日本開發的Ni一Nb一Cr一AI超合金，是Ni3AI與NINb共晶合金，室溫強度為1800MPa，Z000C時強度還可保持在sooMPa。該類合金蠕變抗力高。一般合金蠕變應力指數n為3一5，而定向凝固共晶合金為7~21。(3)疲勞極限高。這類複合材料高周疲勞強度與拉伸強度之比約為0.8。優良的抗疲勞性能的主要原因是相界面使裂紋轉移、鈍化。定向凝固複合材料主要用作高溫用材。美國1977年就成功地進行了NITaC13定向凝固合金製作的低壓渦輪實心葉片的試車，1988年又通過3NITaC14B共晶合金製作的高壓渦輪空心葉片的試車，比原用材料使用溫度提高38C。共晶合金兩相的電磁、熱等物理性能不同，且各向異性，因而可用作電磁材料和電子材料。如Ni一W共晶合金可作冷發射電極，Insb一NISb共晶合金可作電磁場感測器、無觸點電位計等。