強(qiáng)磁場下Cu--25％Ag合金的凝固及其大變形強(qiáng)化機(jī)制.pdf

1、高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Ag合金是一類具有優(yōu)良力學(xué)性能和導(dǎo)電性能的結(jié)構(gòu)功能材料，廣泛應(yīng)用于直流及高場脈沖強(qiáng)磁場線圈中。為獲得更高磁場強(qiáng)度的磁體，對Cu-Ag合金的性能提出了更高的要求。本論文在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃項目（863計劃）No.2007AA032519、脈沖強(qiáng)磁場實驗裝置重點開放課題WHMFCKF2011007和國家自然基金項目51004038資助下，選擇廣泛應(yīng)用的Cu-25％Ag合金，開展了強(qiáng)磁場下不同凝固工藝的研究。通過研究合金的鑄

2、態(tài)顯微組織，明確強(qiáng)磁場對Cu-25％Ag合金凝固過程的影響機(jī)制;并通過對不同條件制備的Cu-25％Ag合金進(jìn)行冷拉拔大變形，獲得不同變形率下的Cu-Ag合金線，研究大變形后合金性能與初始凝固組織的關(guān)系;探索利用強(qiáng)磁場控制合金凝固過程，改善Cu-Ag合金的性能。
　　采用連續(xù)冷卻凝固工藝時（1050℃，保溫40min，隨爐冷卻），有、無12T強(qiáng)磁場作用下Cu-25％Ag合金凝固組織定量分析結(jié)果表明，凝固過程施加強(qiáng)磁場對合金橫截面上C

3、u枝晶形貌及分布的影響較小，但縱截面上的Cu枝晶長度減小、枝晶間距增大，這是由于在Cu枝晶的尺度上(～80μm)，強(qiáng)磁場抑制其形成過程中的熔體自然對流，使得熔體內(nèi)溫度梯度和枝晶前沿的液相濃度增加，阻礙了枝晶的生長;另外，施加強(qiáng)磁場后，合金橫截面上共晶片層間距增加，縱截面上減小。這是由于在共晶片層的尺度上（～1μm），強(qiáng)磁場對熔體自然對流的抑制作用幾乎消失，此時由溫度差引起的熱電勢在熔體中誘發(fā)沿徑向的新流動，有利于橫截面上共晶相間的長程擴(kuò)

4、散，從而增加了共晶片層間距;然而縱截面共晶相形成時，溶質(zhì)不僅僅沿徑向擴(kuò)散，此時強(qiáng)磁場的施加將在短程擴(kuò)散中降低溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)，因此共晶片層間距減小。
　　采用分段冷卻凝固工藝時（1050℃，保溫40min，冷卻至790℃，保溫30min，隨爐冷卻），有、無12T強(qiáng)磁場作用下Cu-25％Ag合金凝固組織定量分析結(jié)果表明，Cu枝晶在保溫階段發(fā)生粗化，強(qiáng)磁場所帶來的形貌變化被掩蓋，因此在該工藝下施加強(qiáng)磁場后Cu枝晶形貌并無改變;施加強(qiáng)磁場作

5、用后，共晶片層間距增大，這是由于熔體流動降低共晶相的形核率造成的。
　　采用連續(xù)冷卻凝固工藝和分段冷卻凝固工藝時Cu-25％Ag合金凝固組織Cu枝晶中Ag含量的EDS分析結(jié)果表明，強(qiáng)磁場使Cu枝晶內(nèi)的Ag含量增加。分析認(rèn)為強(qiáng)磁場增加固液界面前沿溶質(zhì)濃度，而平衡分配系數(shù)不變，因此Ag含量增加。
　　分別對連續(xù)冷卻凝固工藝和分段冷卻凝固工藝時Cu-25％Ag合金進(jìn)行冷拉拔大變形，研究了不同變形量對有、無強(qiáng)磁場處理時Cu-25％A

6、g合金組織的影響。1）組織定量分析結(jié)果表明，隨拉拔變形量的增大，在縱截面上，Cu-25％Ag合金的顯微組織由網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)逐漸被拉長并最終演變成纖維組織，共晶纖維尺寸和間距隨拉拔應(yīng)變的增加而不斷減小。在橫截面上，合金始終保持網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但組織尺寸逐漸減小。對比拉拔前后顯微組織發(fā)現(xiàn)，合金鑄態(tài)組織對拉拔后的顯微組織具有遺傳性。2）力學(xué)性能的研究結(jié)果表明，隨拉拔應(yīng)變增加，合金的極限抗拉強(qiáng)度增加，塑性下降。施加強(qiáng)磁場連續(xù)冷卻凝固的合金拉拔后極限抗拉強(qiáng)度

7、增加。分析認(rèn)為Cu枝晶內(nèi)Ag析出相的增加導(dǎo)致析出強(qiáng)化增強(qiáng)，共晶片層間距的減小導(dǎo)致共晶強(qiáng)化增強(qiáng)是合金強(qiáng)度增加的主要原因;施加強(qiáng)磁場分段冷卻凝固后的合金強(qiáng)度降低。分析認(rèn)為共晶強(qiáng)化降低是導(dǎo)致合金強(qiáng)度降低的原因。3）導(dǎo)電性能的研究結(jié)果表明，施加強(qiáng)磁場凝固作用后合金經(jīng)大變形后導(dǎo)電率略有降低，分析認(rèn)為Ag析出相增加導(dǎo)致析出散射增加是導(dǎo)電性下降的主要原因。
　　綜上可知，強(qiáng)磁場可以有效改善Cu-25％Ag合金鑄態(tài)組織并提高合金性能，是一種新型的