[发明专利]一种铝铜合金定向凝固参数温度梯度T0和凝固速率V0的确定

说明书

技术领域

本发明属于定向凝固和铝合金技术领域，特指一种铝铜合金定向凝固参数温度梯度T₀和凝固速率V₀的确定。

背景技术

定向凝固中液固界面前沿的温度梯度T₀和凝固速率V₀是影响界面形态从而影响最终组织及力学性能的两个主要参数。定向凝固在大大减小合金氧化的同时，当温度较高时，合金的高温、低气压环境也降低了液态合金组份的稳定性。特别是对低熔点合金系，就必须限制定向凝固温度T₀，防止液态合金的挥发。从另一方面来说，定向凝固中所使用的正温度梯度只有达到一定高度后，才能得到稳定、可靠的定向凝固质量，即是在选定合金系与定向凝固设备后，定向凝固温度T₀不应低于稳定的定向凝固所要求的最小值。因此，在本发明条件下如何控制定向凝固温度T₀，使其能够综合满足上述条件，成为本发明中的关键所在。在温度梯度确定不变的情况下，凝固组织形态取决于定向凝固速率V₀。在低速凝固状态下，定向凝固固液界面的推移速率与设备的机械抽拉速率可看作相等。随着V₀的增加，界面形态由平向胞和枝转化。如何选择V₀成为本发明中的关键所在。

发明内容

本发明的目的是开发出一种铝铜合金定向凝固参数温度梯度T₀和凝固速率V₀的确定，其特征为，先将纯度为99.99％的电解铝和99.99％的电解铜按要求的成分熔配成Al-4.7％Cu合金，然后在快速凝固法定向凝固炉中制备定向凝固试样。经过大量的试验探索，确定定向凝固温度T₀及凝固速率V₀，根据图1可知，Al-4.7％Cu合金的液相线温度T_L＝648℃，同时还可以看出，合金在660℃到770℃范围内，差热曲线基本保持平直无变化，至此之后，合金熔体有大范围、较强烈的吸热出现，因此选定T₀＝750℃。

图2是Al-4.7％Cu合金在T₀＝750℃，T_s＝950℃，t_s＝60min条件下，V₀＝3.0μm/s-90μm/s的金相组织，随着凝固速率V₀的提高，组织形态由柱状晶向枝晶组织转变，并出现明显的一次枝晶，由图2可知，当V₀＝90μm/s时，组织呈稳定的、有序的树枝晶，一次枝晶间距显著细化，故定向凝固速率V₀选择90μm/s。

附图说明

图1Al-4.7％Cu合金差热分析结果

图2Al-4.7％Cu合金凝固速率V₀对定向凝固组织形态的影响

(a)V₀＝3.0μm/s；(b)V₀＝45.0μm/s；(c)V₀＝90.0μm/s

具体实施方式

实施例1

先将纯度为99.99％的电解铝和99.99％的电解铜按要求的成分熔配成Al-4.7％Cu合金，然后在快速凝固法定向凝固炉中制备定向凝固试样。经过大量的试验探索，来确定定向凝固温度T₀及凝固速率V₀，根据图1可知，Al-4.7％Cu合金的液相线温度T_L＝648℃，同时还可以看出，合金在660℃到770℃范围内，差热曲线基本保持平直无变化，至此之后，合金熔体有大范围、较强烈的吸热出现，因此选定T₀＝750℃。

在Al-4.7％Cu合金在T₀＝750℃，T_s＝950℃，t_s＝60min条件下，当V₀＝3.0μm/s时，金相组织形态是柱状晶，见图1a。

实施例2