连续定向凝固过程铜铬合金的组织与缺陷

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2000.06.015 第22卷第6期 北京科技大学学报 Vol.22 No.6 2000年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2000 连续定向凝固过程铜铬合金的组织与缺陷 王自东”刘杏)王贵清)吴春京”谢建新》 翁敏) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083·2)浙江省国际技术设备招标有限公司，杭州310003 摘要研究了铜铬合金的连续定向凝固的工艺条件及相互之间的匹配关系，以及铜铬合金 的显徽组织及其表面缺陷形成的原因.结果表明：结晶器高度10-25mm,冷却距离25mm,合金 温度12101280℃，牵引速度0.2~1.0mm/s,冷却水量720Lh时，可制得Cu0.6%Cr合金材料. 关键词连续定向凝固：铜铬合金：微观组织 分类号TG247.7 文献标识码：A 在保持铜电车线高导电率基础上，采用固 坩埚 溶强化、冷作硬化、第二相粒子强化基体等方法 高频感应线圈 引锭杆 金属熔体 来提高铜电车线的强度，大量实验表明：这些方 结晶器 测温热电偶 法虽然强度提高了，导电率也相应降低了很多 红外线测温封水检 现在生产铜电车线的方法大多用上引法制备连 多点平衡 续铜棒材.这种方法冷却强度较低，一般得到横 喷水装置 记录仪 牵引系统 向穿晶组织，从而决定了其强度和导电率不高 位移传感器 如果铜电车线的显微组织是轴向连续纤维状的 柱状晶组织，在两根轴向连续纤维状柱状晶之 间（即晶界）自生高强度、高耐磨性能的增强相 图1连续定向凝固装置结构简图 Figl Schematic diagram of continuous unidirectional soli- Cr,形成颗粒Cr相增强铜基复合材料，那么由 dification 于增强相在铜的柱状晶之间，对基体铜的导电 率影响较小，同时可制备高强度、高导电率、高 却装置，通过调节喷水量的大小来改变冷却强 耐磨性能的新型电车线铜材.在综合了H.T.G 度，牵引系统是由直流电机、减速机构、速度控 法和O.C.C法的优点的基础上，自行研制一台 制装置组成的 能得到连续纤维柱状晶凝固组织的连续定向凝 1.2试验方法 固设备).本文在此设备上研究了铜铬合金在 开炉前预热30min,在预热过程中将引锭杆 连续定向凝固中各种工艺参数之间的匹配关 及防漏水装置安装好，将要熔化的Cu0.6%Cr 系，分析了铜铬合金的显微组织及其表面缺陷 (质量分数)合金置于坩埚中，并在其表面加入 形成的原因，并提出了防止其表面缺陷的措施， 碳粉防止铜合金在熔化过程中吸气.将石棉作 为保温材料安放于坩埚与感应线圈间，防止坩 1试验设备与试验方法 埚与感应线圈间出现打火现象.对C0.6%Cr 合金进行加热熔化，并在熔点以上的某一温度 1.1试验设备 下进行保温.用探针测试法确定固液界面的位 试样制取的设备是由加热系统、冷却系统、 置，这是实验的关键所在，固液界面在结晶器中 牵引系统构成，如图1所示.加热系统包括感应 的位置，直接影响到连续定向凝固是否能稳定 加热炉（型号为GP15-B型，上海新兴机械厂制 的进行，在确定好固液界面的前提下，开动牵引 造)、结晶器（材质为石墨φ100mm)、坩埚（材质 装置，控制拉伸速度，这样Cu0.6%Cr合金棒材 为石墨，尺寸为中100mm×200mm,最大熔化量为 就可以从结晶器中稳定的拉出，观察试样的表 3kg)、耐火材料，冷却系统采用循环水喷淋式冷 面状况及其微观组织，分析连续定向凝固工艺 2000-01-04收稿王自东男，35岁，副研究员，博士 特点，并逐渐加以改进 *国家863计划资助项目(No.863-715-009-0150)

第 2 2 卷 第 6 期 2 00 年 12 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u nr a l o f U n i v e几 yit o f s e ei n ec a n d 几 c h n o of yg B e ij ni g V b L 22 D e C . N 0 . 6 20 0 0 连续定 向凝 固过程铜铬合金的组织与缺陷 王 自东 ” 刘 杏 ” 王贵清 ` , 吴春京 ` , 谢建新 ” 翁 敏 ” 1 )北京科技大学材料科学与工程学院 , 北京 10 0 83 ` 2) 浙江省 国际技术设备招标有 限公司 , 杭州 3 10 0 03 摘 要 研究 了铜铬 合 金 的连续 定 向凝 固 的工艺 条件及 相 互之 间 的匹配 关 系 , 以及铜 铬合 金 的显微组 织及 其表 面缺陷形 成 的原 因 . 结果表 明 : 结 晶器高度 10砚s m m , 冷却 距离 25 ~ ,合 金 温度 1 2 10 一 1 2 80 ℃ ,牵引速度 .0 2一 1 . o m n 灯s , 冷却 水 量 7 20 L 爪 时 , 可 制得 C u刁 .6 % C r 合 金 材料 . 关键词 连续 定 向凝 固 : 铜铬合金 ; 微观 组织 分类号 T G 2 47 .7 文 献标 识码 : A 在保持铜 电车线 高导 电率基 础上 , 采用 固 溶强化 、 冷 作硬化 、 第 二相 粒子强化基体等方法 来提高铜 电车线 的强度 . 大量实验表 明 : 这些方 法虽 然强度提高 了 , 导 电率也相 应 降低 了很 多 . 现在生产铜 电车线 的方法大多用上引法制备连 续铜棒材 . 这种方法冷却强度较低 , 一般得到横 向穿 晶组织 , 从而决定 了其强度和导 电率 不高 . 如 果铜 电车线的显微组织是轴 向连续纤维状 的 柱状 晶组织 , 在 两根轴 向连 续纤维状柱 状 晶之 间 ( 即晶 界 ) 自生高强度 、 高耐磨性能 的增强相 rC , 形成颗 粒 C r 相增 强铜基复合 材料 , 那么 由 于增 强相在铜 的柱状 晶 之 间 , 对基体铜 的导 电 率影 响较小 , 同 时可制备高强 度 、 高导 电率 、 高 耐磨 性能 的新型 电车线铜材 . 在 综合 了 H . .T G 法和 O . C . C 法 的优 点 的基础 上 , 自行研 制一 台 能得 到连续纤维柱状 晶凝 固组织 的连续定 向凝 固设备 〔咧 . 本 文在此设备上研 究 了铜铬 合金在 连 续定 向凝 固中各 种 工艺 参数 之 间的 匹 配 关 系 , 分析 了铜铬 合金 的显微 组织及其表 面缺 陷 形成 的原 因 , 并提 出了 防止其表面缺 陷的措施 . 增塌 高频感应线 圈 引锭 杆 金属熔体 红外线测温 测温热 电偶 多点平衡 记录仪 位移传感器 图 1 连续定 向凝 固装 i 结构简 图 F 啥1 S e h e m a 血 d认 g r a m o f e o n it n u o u s u o id i溉iot n a l s o i-l d i偏。 . t i o n 1 试验设备与试验方法 1 . 1 试验设备 试样制取 的设备 是 由加热系统 、 冷 却系统 、 牵 引系统构成 , 如 图 1 所示 . 加热系统包括 感应 加热炉 (型 号为 G P 1 5一 型 , 上海 新兴机械 厂 制 造 ) 、 结 晶器 ( 材质 为石墨 中10 ~ ) 、 增 锅 (材 质 为石墨 , 尺寸为拟 0 0 ~ x Z OO ~ , 最大熔化量为 3 kg ) 、 耐火材料 , 冷却系统采用循环水喷淋式冷 2 0 0 一 01 一 04 收稿 王 自东 男 , 35 岁 , 副 研究员 , 博 士 * 国家 8 6 3 计 划资 助项 目( N o , 8 6 3 · 7 1 5 一 0 0 9 一 0 15 0 ) 却装置 , 通 过调节 喷水量 的大 小来改变冷 却强 度 . 牵 引系统 是 由直流 电机 、 减速机 构 、 速度控 制装 置组成 的 . 1 . 2 试验方法 开炉前预热 30 m i n , 在预热过程 中将引锭杆 及 防漏水装 置安装好 , 将要熔 化 的 C u 刁.6 % C r ( 质量 分数 ) 合金置 于 增塌 中 , 并在其 表面加入 碳粉 防止铜合 金在熔化 过程 中吸气 . 将石棉作 为保 温材料 安放于柑塌 与感应线 圈间 , 防止柑 竭 与感应线 圈 间出现打火 现象 . 、 对 C -u 刁 . 6% C r 合 金进行加 热熔 化 , 并在熔 点以上 的某一温 度 下 进 行保温 . 用探针测 试法确 定固液界面 的位 置 , 这是实验 的关键所在 . 固液界面在结 晶器 中 的位 置 , 直接影 响到连续定 向凝 固是否 能稳定 的进行 . 在确定好 固液 界面 的前提下 , 开动牵 引 装 置 , 控制拉伸速度 , 这样 C u 尸 0 . 6% rC 合金棒材 就 可 以从 结晶器 中稳 定的拉 出 . 观察试 样 的表 面 状况及其 微观组织 , 分析 连续定 向凝 固工艺 特 点 , 并逐渐 加 以 改进 . DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2000. 06. 015

·544· 北京科技大学学报 2000年第6期 2 试验结果与讨论 这些工艺参数的匹配主要是为了控制金属 在结晶器中固液界面的位置，只有固液界面位 2.1工艺参数的相互匹配 置控制在结晶器内，才能使连续定向凝固过程 在连续定向凝固过程中，主要的工艺参数 稳定的进行，对固液界面位置的影响主次顺序 有：结晶器高度(H)、冷却距离(0、Cu0.6%Cr合 为：结晶器高度，冷却距离，牵引速度，最后为喷 金液的温度()、牵引速度()、冷却水量(Q)等，在 水量.分析认为，冷却距离越小，冷却强度越大， 这些工艺参数中，如果其中有一个工艺参数发 金属及结晶器壁内的热量可被已经凝固的固相 生变化或这几种工艺参数不匹配，都将影响连 快速传出，固液界面被迫上移：结晶器的高度对 续定向凝固过程稳定的进行，如表1所示， 于其温度分布及温度梯度有很大影响，适当减 表1工艺参数的变化对连续定向凝固过程的影响 Tablel Effect of change of the technological parameters on continuous unidirectional solidification process H/mm 1/mm t/℃ v/mm.s- 2/L.h 结果 10-25 15 1320 320 烧坏密封胶皮管 10-25 15 1280 0.240.60 720 拉漏 10-25 15 1230 0.240.80 720 金属冻结 10-25 15 1180 720 不能熔化 10-25 20 1280 0.240.80 720 拉漏 10-25 20 1280 0.240.60 720 拉出一段后冻结 10-25 20 1280 0.500.80 720 拉出一段后拉漏 10-25 25 1280 0.240.80 720 稳定的拉坯 10-25 1210 0.240.95 720 稳定的拉坯 10-25 5 1280 0.24-1.00 720 稳定的拉坯 10-25 25 1280 0.240.90 720 稳定的拉坯 小结晶器的高度对稳定连续定向凝固过程有利： (2)冷隔 牵引速度的变化不改变系统内热量增减，牵引 在连续定向凝固过程中，由于工艺控制不 速度增加，固液界面下降，同时也会使高温的金 当，如在拉伸过程中突然停止后接着再拉， 属熔体向下流动，使结晶器下部的温度升高，固 Cu0.6%Cr合金棒材的周围会有明显的横向裂 液界面位置随之而下降：冷却水量的作用较小， 纹，如图2(b)所示，根据金属液流停止流动机 因为当冷却水量达到一定程度后，冷却能力的 理，铸件产生冷隔的根本原因是液流流头产生 增加变得缓慢， 了凝固阻塞.即金属液充型时，两股液流流头在 2.2铜铬合金棒材表面缺陷 汇合处都产生了固相壳，堵塞金属液进入汇合 实验结果发现，用连续定向凝固法制得的 处进行愈合，使两股流头不能融合而产生了冷 铜铬合金棒材产生的表面缺陷，主要表面裂纹、 隔，在连续定向凝固过程中，产生冷隔的主要原 冷隔、拉断等. 因是在拉伸过程中突然停止，固液界面处固体 (1)表面裂纹 金属与液体金属的收缩率不同，产生了很大的 在连续定向凝固过程中，Cu0.6%Cr合金棒 应力，在固液界面处的表面产生横向裂纹，使靠 材的表面有类三角形的裂纹，如图2(a)所示.主 近固液界面处液相金属的下表面产生了凝固壳， 要原因有：)由于结晶器内表面不光滑，当固液 接着再拉时，金属液不能向下流动来愈合横向 界面位置在结晶器中过高时，固液两相区的金 裂纹，从而形成了冷隔. 属在拉伸的过程中与结晶器内表面产生摩擦， (3)拉断. 从而导致表面裂纹；2)引锭杆的中心线与结晶 当结晶器温度偏低时，凝固界面前沿的金 器中心线不重合，固液两相区的金属在拉伸的 属液容易在型壁上产生新晶粒；或在铸锭牵引 过程中，形成一个较大的应力，当应力超过了凝 过程中，由于液体对流的冲刷，引锭的震动等外 固时晶粒与晶粒间液膜的高温强度时，晶粒与 部偶然因素的影响，使铸锭内的枝晶发生破碎， 晶粒间液膜就会开裂，从而形成了裂纹， 当固液界面前沿液相温度梯度较小（金属液过

北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 年 第 ` 期 2 试验结果与讨论 2 . 1 工艺参数的相 互匹配 在连 续定 向凝 固过程 中 , 主要 的工 艺参 数 有 : 结晶器 高度 (功 、 冷却距 离 ( 0 、 C l l , 0 . 6% Cr 合 金液 的温度 ()t 、 牵 引速度 (v) 、 冷却水量 ()Q 等 , 在 这些工 艺参数 中 , 如 果其 中有一个 工艺参数 发 生 变化 或这几种 工艺参数 不匹 配 , 都将影 响连 续定 向凝 固过程 稳定 的进 行 , 如表 1 所示 . 这些工艺参数 的匹 配主要是为 了控制金 属 在 结 晶器 中固液界面 的位置 , 只有 固液界面位 置 控制在 结晶 器 内 , 才 能使连续 定 向凝固过程 稳 定 的进行 . 对 固液 界面位置 的影 响主 次顺序 为 : 结 晶器 高度 , 冷却距离 , 牵引速度 , 最后为喷 水量 . 分析认 为 , 冷却距离越小 , 冷 却 强度越大 , 金属及 结晶 器壁 内的热量可被 已经凝 固的固相 快速传 出 , 固液 界面被迫上移 ; 结 晶器 的高度对 于其温 度分布及温 度梯度有 很大影 响 , 适 当减 表 1 工艺参数 的变化对连续定 向凝固过程的影响 几b le 1 E场eC t o f e h a o g e o f t h e t ec h n o l o igc a l P a ar m e t e sr o n e o n itn u o u s u n id 血℃ c t ot n a l so ild 访c a iot n P er ces s ù” nn甘n ùùnUOC ù Un甘 咒72 0 八” ù O 尹OùR 去刀m m 1 0 ~ 2 5 10 ~ 2 5 10 ~ 2 5 1 0 ~ 25 1 ) 2 5 10 ~ 2 5 1 0 ~ 2 5 10 ~ 2 5 10 ~ 25 10 ~ 25 10 ~ 2 5 刀m m v加 m · s 一 , Q 几 · h 一 , 结果 l 5 15 l 5 l 5 2 0 2 0 2 0 2 5 2 5 2 5 2 5 t /℃ 1 3 2 0 1 2 80 1 2 30 1 1 8 0 1 2 80 1 2 80 1 2 80 1 2 80 1 2 10 1 2 80 1 2 80 .0 24 内刁 .0 24 ~ 0 0 . 2 4 ~ 习 . 8 0 0 . 24 ~ 0 . 60 0 . 5 0 ~ 0 . 80 0 . 24 ~ 0 . 8 0 0 . 2 4 、 0 . 9 5 0 . 2 4 ~ 1 . 00 0 . 24 沪叼 0 . 9 0 烧坏密封胶皮管 拉漏 金属冻结 不能熔化 拉漏 拉出一段后冻结 拉出一段后拉漏 稳定的拉坯 稳定的拉坯 稳定的拉坯 稳定的拉坯 小结晶器 的高度对稳定连续定 向凝固过程有利 : 牵 引速 度 的变化 不改变 系统 内热量增 减 , 牵 引 速度增加 , 固液 界面下降 , 同时也会使 高温 的金 属熔体 向下 流动 , 使结 晶器下 部 的温度 升高 , 固 液界面位 置随之而下 降 ; 冷却水量 的作用较 小 , 因为 当冷却水 量达到一 定程度后 , 冷却能力 的 增加 变得缓 `厦 . 2 . 2 铜铬合金棒材表面缺陷 实验结果发现 , 用连 续定 向凝 固法制得 的 铜铬合金棒材 产生 的表面缺 陷 , 主要表面裂 纹 、 冷 隔 、 拉断等 . (l) 表面裂纹 . 在连续 定 向凝固过程 中 , C -u 刃 . 6% cr 合金棒 材的表面有类三角形 的裂 纹 , 如 图 2 ( a) 所 示 . 主 要原 因有 : l) 由于结 晶器 内表面不光滑 , 当固液 界面位 置在结 晶器 中过高 时 , 固液 两相 区 的金 属在 拉伸 的过程 中与 结 晶器 内表 面产 生 摩擦 , 从而导致表 面裂纹 ; 2) 引锭 杆 的中心 线与结 晶 器 中心线 不 重合 , 固液两相 区 的金 属 在拉伸 的 过程 中 , 形成一个较大 的应 力 , 当应力超过 了凝 固时 晶 粒与 晶粒 间 液膜 的高温 强度 时 , 晶粒 与 晶粒 间液膜就会 开裂 , 从而形 成 了裂 纹 . (2 ) 冷隔 . 在 连续定 向凝 固过程 中 , 由于 工 艺控制不 当 , 如 在 拉 伸 过 程 中突 然 停 止 后 接 着 再 拉 , C I卜0 . 6% c r 合 金棒材 的周 围会有 明显 的横 向裂 纹 , 如 图 2 (b) 所示 . 根据 金属液流停止流动机 理 , 铸件产 生冷隔 的根 本原 因是液流流头产生 了凝 固阻 塞 . 即 金属液充型 时 , 两股液流流头在 汇合 处都产 生 了固相壳 , 堵塞金属液进入汇 合 处进行 愈合 , 使两股流 头不能融合而产生 了冷 隔 . 在连续定 向凝 固过程 中 , 产生冷隔的主要 原 因 是在 拉伸过程 中突然停 止 , 固液 界面 处 固体 金属 与液体金属 的收缩 率不 同 , 产 生 了很大 的 应力 , 在 固液 界面 处的表面产生 横 向裂纹 , 使靠 近 固液界面处液相金属的下表面产生了凝固壳 , 接着 再拉 时 , 金属液不 能 向下流动来 愈合横 向 裂 纹 , 从而形成 了 冷隔 . (3 ) 拉断 . 当结晶 器温度 偏低 时 , 凝 固界面前沿 的金 属液 容易在 型壁 上产生 新晶粒 ; 或在铸锭牵 引 过程 中 , 由于液体对流 的冲刷 , 引锭的震动等外 部偶然 因 素 的影响 , 使铸锭 内的枝 晶发生 破碎 , 当固液界面前 沿液相温 度梯度较小 ( 金属液过

Vol.22 No.6 王自东等：连续定向凝固过程铜铬合金的组织与缺陷 ◆545. 热度较小)、牵引速度较大时，破碎枝晶在型壁 2.3铜铬合金的显微组织 处生长为新的晶粒.这些新晶粒与正常生长柱 在Cu0.6%Cr合金的铸态组织中，Cr相的 状晶的结合是很脆弱的，在铸锭与型壁发生摩 形状为四边形、三角形及各种多边形状，是一种 擦的一侧容易产生微裂纹，若金属液不能进入 有规则外形的多边形组织，如图3所示，在违续 裂纹中，不能够愈合裂纹：同时如果固液界面位 置靠近结晶器入口时，较强的摩擦容易使微裂 纹扩张，两者均能导致铸锭形成较大的横向裂 纹，直至被拉断为止，如图2（©）所示. 当选取适当的工艺参数时，即结晶器高 10-25mm,冷却距离为25mm,温度为1280℃， 牵引速度由0.24mm/s逐步提高到1.00mm/s,冷 却水量为720Lh等，能够成功地采用连续定向 凝固技术制备出表面无缺陷的铜铬合金的棒 材，如图2(d)所示. 0.2mm 图3Cu-0.6%Cr合金的铸态组织 Fig3 Casting structure of Cu-0.6%Cr 定向凝固过程中，Cu0.6%Cr合金组织中Cr相 形状发生了很大的变化，由铸态有规则外形的 多边形变成圆球形或椭圆形，且分布柱状晶的 晶界上.当牵引速度v=024mm/s时，圆球形或 椭圆形C相晶粒较大，中心区域为白色，周围 颜色为黑色.这是因为在腐蚀剂的作用下，铬晶 粒的边界易被氧化，而中心部分未被氧化，如图 4(a)所示.当牵引速度v=0.80mm/s时，圆球形 图2Cu0.6%Cr合金表面缺略与无缺陷的棒材 或椭圆形的Cr相较小，且均匀分布在铜相的柱 (a)表面裂纹：(b)冷隔：(c)拉断：(d)无缺陷 状晶晶界上，如图4(b)所示.从图中还可看出， Flg2 Surface defect of bar in Cn-Cr-alloy 这时Cu0.6%Cr合金的柱状晶比图4(a)的柱状 6 0.01mm 图4Ct0.6%Cr合金的连续定向凝固组织.(a)v=0.24mm/s;b0.80mm/;C1.00mms Fig4 Microstructure of Cu-0.6%Cr alloy during continuous unidirectional solidification

·546 北京科技大学学报 2000年第6期 晶细小，C相的晶粒也细小，在铜相的晶界上按 固液界面的位置；控制Cu0.6%Cr合金温度的 直线分布.当牵引速度-1.00mm/s时，Cu0.6% 范围. Cr合金的柱状晶变得更细，Cr相的晶粒更细小， (3)从Cu0.6%Cr合金的金相组织中发现， 如图4(c)所示，细小圆球形的铬相分布在铜相 一次枝晶间距随着牵引速度的增大而逐渐减小， 的晶界上，且按直线分布.由图4可以看出，在 圆球形或椭圆形的铬相随着牵引速度的增大而 连续定向凝固过程中，随着牵引速度的增加， 逐渐变小，且在铜的晶界处按直线分布， Cu0.6%Cr合金的柱状晶逐渐变细，圆球形或椭 致谢：感谢上海大学毛协民教授提供铸态合金， 圆形的铬相逐渐变小列. 静考文献 3结论 1常国威，电渣感应连续定向凝固技术及电流对一次枝 晶间距的影响规律：[学位论文].北京：北京科技大学， 1998 (1)当结晶器高度为10~25mm,冷却距离为 2 Chang Guowei,Zhang Hu,Wang Zidong,et al.Continuous 25mm,Cu0.6%Cr(质量分数)合金的温度为 Unidirectional Solidification Process.Trans Nonferrous 1280℃，牵引速度在0.241.00mm/s范围内，冷 Met Soc China,1998,8(2):200 却水量为720Lh等的工艺参数下，能够成功地3 Chang Guowei,,Yuan Junping,Wang Zidong,etal.Continu- 采用连续定向凝固技术制备出Cu0.6%Cr合金 ous Unidirectional Solidification of QA19-4 Cu-Al Alloy. 的棒材. Trans Nonferrous Met Soc China,1999,9(3):493 4林栋梁，黄颂惠，定向凝固技术及定向凝固高温合金， (②)棒材的表面缺陷主要有：表面裂纹、冷 材料科学与工程，1985(4)：166 隔、拉断等.为了使缺陷减到最小程度，应注意 5李建国，毛协民，史正兴.ACu合金高梯度定向凝固 以下因素：结晶器的内表面要光滑；引锭杆的安 过程中的形态转变.材料科学进展，1991,5(6)：461 装要与结晶器中心重合；控制Cu0.6%Cr合金 Microstructure and Defect of Cu-Cr Alloy during Continuous Unidirectional Solidification WANG Zidong,LIU Xing",WANG Guiqing,WU Chunjing,XIE Jianxin,WONG Ming 1)Material Science and Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China 2)International Public Bidding of Technology and Equipment Corperation,Hang Zhou 310003,China ABSTRACT The match relationship among technological conditions of Cu-Cr alloy,during continuous un- idirectional solidification has been studied.Microstructure of Cu-Cr alloy and the reason for formation of sur- face defect in Cu-Cr alloy have been analyzed.The best technological conditions are:height of mold is 10-25 mm,cooling distance is 25mm,melting temperature of Cu-Cr alloy is 1280C,withdrawal speed is 0.24~1.00 mm/s,amount of cooling water is 720 L/h. KEY WORDS continuous unidirectional solidification;Cu-Cr alloy;microstructure

北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 年 第 6 期 晶 细小 , rC 相的晶 粒也细小 , 在铜相 的晶界上按 直线分 布 . 当牵 引速度 二1 . 0 111111 / s 时 , c u , 0 . 6% rC 合金 的柱状 晶 变得更细 , C r 相 的晶粒更 细小 , 如 图 4 ( c) 所示 , 细小 圆球形 的铬相分 布在铜相 的晶 界上 , 且按直线 分布 . 由图 4 可 以看 出 , 在 连 续 定 向凝 固过程 中 , 随着牵 引速 度 的增加 , C -u 刁.6 % rC 合金 的柱状 晶逐渐变 细 , 圆球形 或椭 圆形 的铬 相逐渐变 小.14 5 , . 3 结 论 ( l) 当结晶器高度为 10 ~ 2 5 ~ , 冷却距 离为 25 幻。 r 。 , C -u 刃.6 % rC (质 量分 数) 合 金 的温度 为 1 2 8 0 ℃ , 牵 引速度在 .0 2小1 . o m n口s 范 围 内 , 冷 却水量 为 7 20 L h/ 等 的工 艺参数下 , 能够成 功地 采用 连续定 向凝 固技术制 备 出 C u , 0 . 6% rC 合金 的棒材 . (2 ) 棒材 的表 面缺 陷主 要有 : 表 面裂纹 、 冷 隔 、 拉断等 . 为 了使缺 陷减 到最小程度 , 应 注意 以下 因 素 : 结晶器的 内表面要 光滑 ; 引锭杆 的安 装 要与结 晶器 中心重合 ; 控制 C u 刁 . 6% C r 合金 固液界面 的位置 ; 控制 C l l , 0 . 6% cr 合金温度 的 范 围 . (3 ) 从 C u 尸 D . 6% rC 合金 的金相 组织 中发现 , 一次枝晶 间距 随着牵引速度 的增大而逐渐减小 , 圆球形或椭 圆形 的铬相 随着牵 引速度 的增大而 逐渐变 小 , 且在铜 的 晶界处 按直线分布 . 致谢 : 感谢 上 海大 学毛 协 民教授 提供 铸态 合金 . 参 考 文 献 l 常 国威 . 电渣感 应连 续定 向凝 固技术 及 电流 对一次枝 晶间距 的影 响规律 : [学位论 文 ] . 北京 : 北 京科 技大学 , 1 99 8 2 C h an g G u o w e l , Z h an g H u , W面g iz do gn , et .al C o in l n u o us U n l dl er e it o n a l S o l id iif C a ti o n P r0 C e S S . 肠朗5 N o n fe 行o us M et S o c C hi n 礼 1 9 9 8 , 8 ( 2 ) : 2 0 0 3 C h an g G u o w e i , uY an j u n Pi gn , 节阳叮g Z ido n g , et at . C o int nu - o u s U n ld l r e ict o n a l S o liid if e iat on o f QA 19井 C u 一1 A ll .oy rT anS NO n fe n 劝 u s Me t S o e C h in a , 199 9 , 9 ( 3) : 4 9 3 4 林栋梁 , 黄颂 惠 . 定 向凝 固技术及 定 向凝 固高温合金 . 材料科 学与 工程 , 19 85 ( 4) : 1 66 5 李 建国 , 毛协 民 , 史正 兴 . A I曰 C u 合金 高梯 度定 向凝 固 过 程 中的形 态转 变 . 材 料 科学 进展 , 19 91 , 5(6) : 461 M i e r o s trU e 仅ir e an d D e fe e t o f C u 一 C r A ll o y id 叮i n g C o nt iun o u s U n id i r e e t i o n a l S o lid iif e at i o n 恻刃G Z ido gn l), IL U iX馆 l), 恻刀 G G u iq i雌 l), 牙 U hC u nj i n g l气 刀 E iJ a xn iln 气 牙口 N G iM n犷 ) 1 )M at e ir ia S c i cen e an d E n g i n e e n n g Sc h o l , U S T B e ij in g, B e ij in g 1 0 0 0 8 3 , C h in a 2刀 n t e 功at l o n al P u b lic B id in g o f eT c hn o l o gy an d qE u iP m e n t C o 耳犯面io 氏 H an g hZ ou 3 10 0 3 , Ch l n a A B S T R A C T Th e m act h er l iat on s hi P am o ng et e h n o l o g i e a l e o n idt ion s o f C u 一 C r al loy , d而 n g e o in l n u o u s un - ld ir e e it oan l s o liid if e iat on h a s b e en s ot d l e d . M i e r o s tr u c 认甘 e o f C u 一 C r al loy an d ht e er a s on fOr fo mr iat on o f s UrL . fa e e de fe ct in C u 一 rC a lloy h a v e b e e n an a l y ez d . T h e b e s t et e h n o l o ig e al e o n d it lon s aer : h e ihg t o f m o ld 1 5 l } 2 5 r n 幻n , e o o li n g id s加nL c e 1 5 2 5 r n力。 , m e ilt n g t e m P e r a 仅止e o f C u 一 C r al loy 1 5 1 2 8 0℃ , w it h dr aw a l sP e e d 1 5 0 . 2-4 1 . 0 0 m n口s , am o u n t o f c o o lin g w a t e r i s 7 2 0 L小 . K E Y W O R D S c o in 让uL o u s u n ld l r e ict o n a l s o liid if e at ion ; C -u C r a lloy : m i e r o s trU c h 江 e