专利名称：一种细化铝铜合金定向凝固组织的熔体过热保温时间的制作方法
技术领域：
本发明属于定向凝固和铝合金技术领域，特指一种细化铝铜合金定向凝固组织的熔体过热保温时间。
背景技术：
定向凝固材料的性能在很大程度上取决于一次枝晶间距等特征长度，近年来，许多学者对定向凝固枝晶生长进行了大量研究。在固液界面微单元热量平衡分析的基础上， 建立了晶体取向对一次枝晶间距影响的理论模型。该模型表明，一维择优晶体取向与宏观定向凝固方向偏离越远，一次枝晶间距越小。对单晶高温合金凝固组织尺度的实验研究结果表明，晶体取向对一次枝晶间距的影响趋势和理论模型相吻合，其影响程度和固液界面温度梯度及定向凝固速率有关。模型及实验都表明，提高固液界面温度梯度和定向凝固速率，晶体取向对一次枝晶间距的影响程度减弱。在非平衡体系中，一切态变量都是时间t和空间位置r的函数。体系从一个定态到达另一个定态需要一定的迟豫时间t'。因此，当熔体由低温被加热到过热温度Ts时，熔体的结构状态将随着时间的延长而不断趋于Ts温度的平衡态。当ts达到或超过过程进行所需的迟豫时间t'时，熔体结构即达到Ts温度的平衡态。但当ts<t'时，熔体结构状态将处于变化之中。所以，有必要考察熔体过热保温时间ts对定向凝固组织形态和力学性能的影响。本发明开发出一种细化铝铜合金定向凝固组织的熔体过热保温时间。
发明内容
本发明的目的是开发出一种细化铝铜合金定向凝固组织的熔体过热保温时间，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A1-4. 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。为在温度梯度、凝固速率等工艺因素相同的条件下观察熔体过热保温时间对定向凝固组织影响，须经大量的试验探索， 确定定向凝固温度Ttl、凝固速率Vtl和熔体过热处理温度Ts。本发明选定Ttl = 750V0 = 90 μ m/s, Ts = 950°C，熔体过热保温时间 ts 分别为 30min，60min, 90min, 120min。将定向凝固试样在稳定生长50mm的位置上截取长度约为20mm的样品，制成沿横截面和纵截面两块金相试样，在卧式光学显微镜上进行组织观察与照相，采用定量金相分析仪测定枝晶一次间距，用电子万能试验机测定Al-4. 7Cu在不同温度处理条件下定向凝固试样的力学性能。图1 为 T。= 750 0C, V0 = 90 μ m/s, Ts = 950°C 条件下，Al-4. 7 % Cu 合金在 ts =30 120s范围内定向凝固试验结果。结果表明，随着熔体过热保温时间ts的延长， Al-4. 7% Cu合金定向凝固组织由粗枝晶向细枝晶转变，一次枝晶间距λ工降低，即组织越来越细密。经过熔体过热保温时间ts为60min-120min后，一次枝晶间距比熔体过热保温 30min的减小了 35. 1% -36. 7%。由表1可见，抗拉强度σ b/MPa比熔体过热保温30min的提高了 14. 8%-22.9%，延伸率δ/%比熔体过热保温30min的提高了 43. 5%-62.9%。显然，熔体过热保温时间对定向凝固一次枝晶间距有显著影响，可以细化定向凝固组织，提高力学性能。熔体过热保温时间大于120min后，定向凝固一次枝晶间距变化已不显著，同时定向凝固生产效率降低，因此A1-4. 7% Cu合金进行定向凝固时，熔体过热保温时间不大于 120min。其金相组织和力学性能见图1和表1。
图1熔体过热时间ts对A1-4. 7% Cu定向凝固组织的影响(a) ts = 30min, λ 丄=244. 9 μ m ； (b) ts = 60min, λ 丄=185. 2 μ m ；(c) ts = 90min, λ ！ = 168. 0 μ m ； (d) ts = 120min, λ ！ = 154. 9 μ m
具体实施例方式实施例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A1-4. 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。为在温度梯度、凝固速率等工艺因素相同的条件下观察熔体过热保温时间对定向凝固组织影响，须经大量的试验探索， 确定定向凝固温度Ttl、凝固速率Vtl和熔体过热处理温度Ts。本发明选定Ttl = 750V0 = 90 μ m/s,Ts = 950°C，熔体过热保温时间ts为30min，其金相组织和力学性能见图1和表1。实施例2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。为在温度梯度、凝固速率等工艺因素相同的条件下观察熔体过热保温时间对定向凝固组织影响，须经大量的试验探索， 确定定向凝固温度Ttl、凝固速率Vtl和熔体过热处理温度Ts。本发明选定Ttl = 750V0 = 90ym/s, Ts = 950°C，熔体过热保温时间ts为60min，其金相组织和力学性能见图1和表 1。经过熔体过热保温时间ts为60min后，一次枝晶间距比熔体过热保温30min的减小了 35. 1%，抗拉强度σ b/MPa比熔体过热保温30min的提高了 14. 8%，延伸率δ 比熔体过热保温30min的提高了 43. 5%。实施例3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A1-4. 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。为在温度梯度、凝固速率等工艺因素相同的条件下观察熔体过热保温时间对定向凝固组织影响，须经大量的试验探索， 确定定向凝固温度Ttl、凝固速率Vtl和熔体过热处理温度Ts。本发明选定Ttl = 750V0 = 90 μ m/s，Ts = 950°C，熔体过热保温时间ts为90min后，其金相组织和力学性能见图1和表 1。经过熔体过热保温时间ts为90min后，一次枝晶间距比熔体过热保温30min的减小了 35.9%，抗拉强度ob/MPa比熔体过热保温30min的提高了 17.4%，延伸率δ/%比熔体过热保温30min的提高了 58. 8%。实施例4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。为在温度梯度、凝固速率等工艺因素相同的条件下观察熔体过热保温时间对定向凝固组织影响，须经大量的试验探索，确定定向凝固温度Ttl、凝固速率Vtl和熔体过热处理温度Ts。本发明选定Ttl = 750V0 = 90 μ m/s, Ts = 950°C，熔体过热保温时间ts为120min后，其金相组织和力学性能见图1和表1。经过熔体过热保温时间ts为60min后，一次枝晶间距比熔体过热保温30min的减小了 36. 7%，抗拉强度σ b/MPa比熔体过热保温30min的提高了 22. 9%，延伸率δ 比熔体过热保温30min的提高了 62. 9%。表1A1-4. 7% Cu合金一次枝晶间距及力学性能
权利要求
1.一种细化铝铜合金定向凝固组织的熔体过热保温时间，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A1-4. 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；为在温度梯度、凝固速率等工艺因素相同的条件下观察熔体过热保温时间对定向凝固组织影响，须经大量的试验探索，确定定向凝固温度 T。、凝固速率Vtl和熔体过热处理温度Ts ；本发明选定Ttl = 7500C ,V0 = 90 μ m/s，Ts = 950°C， 熔体过热保温时间ts分别为30min，60min，90min，120min。
2.根据权利要求1所述一种细化铝铜合金定向凝固组织的熔体过热保温时间，经过熔体过热保温时间ts为60min-120min后，一次枝晶间距比熔体过热保温30min的减小了 35. 1% -36. 7%，抗拉强度ob/MPa比熔体过热保温30min的提高了 14.8% -22.9%，延伸率δ 比熔体过热保温30min的提高了 43. 5% -62. 9%。
全文摘要
一种细化铝铜合金定向凝固组织的熔体过热保温时间，属于定向凝固和铝合金技术领域，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。为在温度梯度、凝固速率等工艺因素相同的条件下观察熔体过热保温时间对定向凝固组织影响，须经大量的试验探索，确定定向凝固温度T0、凝固速率V0和熔体过热处理温度Ts。本发明选定T0＝750℃，V0＝90μm/s，Ts＝950℃，熔体过热保温时间ts分别为30min，60min，90min，120min。
文档编号G01N25/02GK102313757SQ201110280478
公开日2012年1月11日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者刘光磊, 司乃潮, 司松海, 孙克庆, 李晓薇, 杨嵩 申请人:镇江忆诺唯记忆合金有限公司