D0I:10.13374/i.issm1001-053x.2005.02.0M7 第27卷第2期 北京科。技大学学报 Vol.27 No.2 2005年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2005 电脉冲处理对Sn-15%Pb合金 凝固组织中枝晶形态的影响 王静松薛庆国石向东范方国许建国 苍大强 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083 摘要研究了电脉冲处理对Sn-15%Pb合金凝固组织的影响.通过对Sn-15%Pb合金熔体 施加电脉冲处理，其凝固组织发生了由原始的树枝晶向球状组织的转化，同时晶粒发生明显 细化.分析认为，由于电脉冲处理作用，合金熔体结构发生了改变，使熔体中Pb的活度提高， 进而引起溶质平衡分配系数的变化，导致凝固前沿的溶质富集减轻，溶质分布情况发生改变， 促使树枝晶向球状组织转化，并且使凝固组织发生细化· 关键词S-l5%Pb合金；电脉冲；熔体结构；凝周组织；活度 分类号TF111.1 利用电脉冲来改变金属的凝固组织是材料 用同样的加热工艺和冷却凝固方式制备未经电 加工领域的研究热点之一，依据电脉冲施加时间 脉冲处理的空白试样.试样经切割、机械研磨、抛 的不同，这方面的研究工作可以分为两类：一类 光、浸蚀后，在显微镜下对其凝固组织进行观察 是在金属的凝固过程中对其进行电脉冲处理： 并照相. 另一类是在金属处于完全液态的情况下对其进 实验原料为Sn-15%Pb(质量分数)亚共晶合 行电脉冲处理，之后再使其凝固5).以往的研究 金，由工业纯Pb(99%)和Sn(99%)熔化配制而成. 工作表明，无论采用哪种电脉冲处理方式，其改 实验的具体步骤是：取金属Sn和Pb于石墨坩埚 变金属凝固组织的作用都十分明显.但是，对于 中按合金成分的比例熔融成Sn-15%Pb合金，注 电脉冲处理改变金属凝固组织的机理，不同研究 入内径为10mm,壁厚1mm的石英管内，两端用 者给出了不同的解释.本文以Sn-15%Pb合金为 石墨塞将铜电极与合金封接：将准备好的试样置 实验材料，在其处于完全液态的条件下，对其进 于加热炉内，炉温升至300℃，使合金熔化并均 行电脉冲处理，研究了不同电脉冲处理条件下合 热30min,以保证合金温度的均匀：随后按不同 金凝固组织的变化，并从脉冲电场改变合金熔体 的工艺参数对试样进行电脉冲处理.实验装置如 结构及其物理化学性质的角度，对电脉冲处理改 图1所示.实验采用电阻加热炉对实验进行加热 变金属凝固组织的作用机理进行了探讨. 保温，脉冲处理采用自行设计制造的EPM-Ⅱ型 1实验方法与结果 石英管 加热炉 电极 1.1实验方法 本研究的实验方法为，在炉内对具有一定过 S-59% 热度的Sn-15%Pb合金熔体进行电脉冲处理，之 后将试样移出炉外空冷，使其凝固.作为对比，采 石墨塞 电缆 、脉冲发生器 收稿日期：200404-10修回日期：20040901 基金项目：国家“863"资助项目0No.2001AA337040) 图1实验方法示意图 作者简介：王静松(1968一)，男，讲师，博士 Fig.I Schematic of experiment process第 2 , 卷 第 2 期 2 0 0 5 年 4 月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u r n a l o f U n iv e r s iyt o f S e ie n e e a n d eT e b n o lO gy B e ij in g V b l . 2 7 N o . 2 A P .r 2 0 0 5 电脉冲处理对 S n 一 15 % P b 合金 凝固组织 中枝晶形 态的影响 王 静松 薛庆 国 石 向 东 范方 国 许建 国 苍 大 强 北京 科技 大学冶 金 与生 态 工程 学 院 , 北 京 10 0 0 8 3 摘 要 研究 了电脉冲 处 理对 sn 一巧% P b 合 金凝 固组 织 的影 响 . 通 过对 S-n 巧% P b 合 金熔 体 施 加 电脉冲 处理 , 其凝 固组 织发 生 了 由原 始 的树枝 晶 向球状 组织 的转 化 , 同时 晶粒 发生 明显 细 化 . 分 析认 为 , 由于 电脉冲 处 理作 用 , 合 金熔 体 结构 发生 了改 变 , 使熔 体 中 bP 的活 度提 高 , 进 而引起 溶质 平衡分 配系数 的变化 , 导致 凝固前 沿的溶 质 富集 减轻 , 溶 质分 布情况 发生 改变 , 促 使树枝 晶向球 状组 织转 化 , 并且 使凝 固组 织发 生细 化 . 关键 词 S -n 巧% P b 合 金 ; 电脉 冲; 熔 体 结构 ; 凝 固组 织 ; 活 度 分 类号 吓 1 1 . 1 利 用 电脉 冲 来 改 变 金属 的凝 固组 织 是 材 料 加 工领 域 的研 究热 点之 一 依据 电脉 冲 施加 时 间 的不 同 , 这 方面 的 研 究工 作可 以分 为两 类 : 一类 是 在金 属 的凝 固过 程 中对其 进 行 电脉冲 处 理`,川 ; 另 一类 是在 金 属 处 于 完全 液 态 的 情 况 下对 其 进 行 电脉 冲 处理 , 之 后再 使 其凝 固`洲 . 以往 的研 究 工 作表 明 , 无 论 采用 哪 种 电脉 冲 处 理方 式 , 其 改 变 金属 凝 固组 织 的作 用 都十 分 明显 . 但 是 , 对 于 电脉 冲处 理 改变 金属 凝 固组织 的机 理 , 不 同研 究 者给 出 了不 同的解 释 . 本 文 以 S n 一 巧% P b 合金 为 实 验材 料 , 在其 处 于完 全 液态 的条件 下 , 对其 进 行 电脉 冲处 理 , 研 究 了不 同 电脉 冲处 理 条件 下合 金 凝 固组织 的变 化 , 并从 脉 冲 电场 改变合 金熔 体 结 构及其 物 理化 学性 质 的角度 , 对 电脉冲 处 理改 变 金属 凝 固组 织 的作 用 机理 进 行 了探 讨 . 用 同样 的加 热 工 艺和 冷 却 凝 固方 式制 备 未 经 电 脉冲 处理 的空 白试 样 . 试样 经 切割 、 机械 研 磨 、 抛 光 、 浸 蚀 后 , 在 显微 镜 下对 其 凝 固组 织 进行 观 察 并照 相 . 实验 原料 为 S -n 巧% P b (质 量 分 数 ) 亚共 晶合 金 , 由工业 纯 P b (9 % )和 S n( 9 % )熔 化 配制 而 成 . 实验 的 具体 步 骤 是 : 取 金属 S n 和 P b 于石 墨 柑祸 中按 合金 成 分 的 比 例熔 融 成 S , 巧% Pb 合金 , 注 入 内径 为 10 ~ , 壁 厚 l r n 们以 的石英 管 内 , 两 端用 石 墨塞 将铜 电极 与合金 封接 ; 将准 备好 的试 样置 于加 热 炉 内 , 炉温 升 至 3 0 ℃ , 使合 金熔 化 并 均 热 30 m in , 以保 证合 金 温度 的均 匀 ; 随 后按 不 同 的工 艺参 数对 试样 进行 电脉冲 处理 . 实验 装置 如 图 l 所 示 . 实 验采 用 电阻 加 热炉 对实 验 进行 加 热 保 温 , 脉 冲 处理采 用 自行 设计 制造 的 E PM 一 n 型 1 实验 方 法 与结 果 L l 实验 方 法 本 研 究 的实 验方 法 为 , 在 炉 内对具 有 一 定过 热度 的 S企 巧% P b 合金 熔 体进 行 电脉 冲 处 理 , 之 后将 试样 移 出炉外 空冷 , 使 其凝 固 . 作 为对 比 , 采 收稿 日期 : 2 0 4 刁今 10 修 回 日期 : 20 04 刁 9刁 l 墓金 项 目 : 国家 “ 8 6 3 ” 资助 项 目(N o . 20 0 1A A 33 7 0 4 0 ) 作者 简介 : 王静 松 ( 19 68 一) , 男 , 讲师 , 博士 石英管 加热炉 \ 脉冲发生器 图 1 实 验方 法示意 图 iF g · 1 S c h e ln a it c o f e x P e ir m e n t P r o c e s , DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2005. 02. 047