[发明专利]一种改善Cu-Pb过偏晶合金显微组织的方法

说明书

本发明公开了一种改善Cu‑Pb过偏晶合金显微组织的方法，选择纯度为99.99%的Cu和Pb，按照配比称取一定量的Cu和Pb，混合均匀，放入熔炼炉内；对Cu和Pb的混合物进行升温融化，升温至终点温度后进行保温；根据熔体金属的横截面积计算施加的磁场强度以及施加的电流大小，同时关闭加热电源，熔融合金进行冷却，当合金温度降低至液相线温度时，关闭电磁场的电源；打开脉冲电流，施加脉冲电流，确定脉冲电流施加的最低温度，当合金达到最低温度时，关闭脉冲电流，让合金进行自然冷却；当合金温度到达室温时，打开熔炼设备，取出合金块。应用本发明的方法改善显微组织后的Cu‑Pb过偏晶合金元素偏析最少，且力学性能得到了提高。

技术领域

本发明涉及合金领域，尤其涉及一种改善Cu-Pb过偏晶合金显微组织的方法。

背景技术

偏晶合金由于其凝固组织的特点，使其就有较特殊的性能，应用前景广泛。而Cu-Pb偏晶合金作为一种典型的偏晶合金，在凝固过程中由于富Cu相和富Pb相的硬度差别较大，从而形成自润滑的系统，可以作为一种较好的减磨材料，是一种较为理想的轴承材料。但由于Cu、Pb元素的密度产别较大，在常规的凝固过程中，会由于Stockes沉积效应导致元素的偏析，从而造成分层现象，导致凝固组织不均匀，影响力学性能；而过偏晶的Cu-Pb合金，由于Pb元素含量的增加，会使得偏析现象更加严重。为了消除偏析，传统的方法就凝固过程中加入搅拌的作用，使得元素混合均匀。电磁技术的应用研究，可以较好的解决合金中偏析的现象。在电磁场作用下，合金能够呈现微重力的状态，原子处于悬浮的状态；这样就可以消除由于本身重力作用而导致的偏析现象，可以使得凝固组织中的均匀。同时凝固过程中引入强脉冲电流，可以提高凝固过程中的过冷度，从而细化晶粒；同时脉冲电流的存在，也会使得原子的偏聚程度较小，弱化偏析现象。

对于过偏晶Cu-Pb合金，通过极冷快速凝固的方法也可以使得组织均匀。文献“陈娓,徐锦锋,范于芳.高含Pb量Cu-Pb过偏晶合金的快速凝固研究[J].铸造技术,2008,(11):1537-1540”中指出急冷快速凝固条件下高含Pb量Cu-Pb过偏晶合金均可获得均匀弥散的微观组织；随着冷却速率的增大，凝固组织显著细化。而现有的极冷快速冷却的方法，主要运用的方法是通过单辊法来实现快速冷却的。由于方法的限制，获得的宏观形貌为条带状，这就限制了其在很多方面的应用，而使用电磁方法来制备合金时，就可以避免制备方法的限制，获得和常规方法相同形状的Cu-Pb合金。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种通过对Cu-Pb合金施加电磁场和脉冲电流的复合场，从而改善Cu-Pb过偏晶合金纤维组织的方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种改善Cu-Pb过偏晶合金显微组织的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1合金材料的准备：选择纯度为99.99％的Cu和Pb原材料，按照配比称取一定量的Cu和Pb，在容器内进行搅拌、混合均匀，放入坩埚内，装入熔炼炉；对熔炼炉进行抽真空，真空度达到1*10^-4Pa后，通入氩气进行保护；

S2合金的熔炼：对Cu和Pb的混合物进行升温融化，升温至600K时保温10min，然后继续升温，升温至终点温度后再保温30min；在加热过程中，感应铜线圈通入循环冷却水进行冷却保护；

S3对熔融的合金施加电磁场：对熔融的合金施加磁场和直流电流，同时关闭加热电源，使熔融合金进行自然冷却，当合金温度降低至液相线温度时，关闭电磁场的电源；

S4施加脉冲电流：打开脉冲电流，施加脉冲电流，确定脉冲电流施加的最低温度，当合金达到最低温度时，关闭脉冲电流，让合金在感应铜线圈循环冷却水的作用下进行自然冷却；

S5：当合金温度到达室温时，打开熔炼设备，取出合金块。

优选的，步骤S1中选择的Cu和Pb均为颗粒状原材料。