第三组元对过冷Cu-Pb偏晶合金凝固组织均质化的影响

冰张燕

（包头铁道职业技术学院，内蒙古包头014040）

【摘要】第三组元的的加入可有效地抑制过冷熔中第二相在不混溶区内体积分数的增加，并且随着第三组元含量的增加，均质化过冷度区间加大，利用深过冷的方法通过第三组元的加入对Cu-Pb偏晶合金的均质化凝固进行了初步的探讨。

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关键词第三组元；Cu-Pb偏晶合金；均质化凝固

二元Cu-Pb，Ni-Pb合金以及三元Cu-Ni-Pb合金作为轴承材料得到了广泛的应用，特别是三元Cu-Ni-Pb合金的应用更为广泛。此外，添加第三组元也可有效地改变合金的凝固组织，本文利用深过冷的方法通过第三组元的加入对Cu-Pb偏晶合金的均质化凝固进行了初步的探讨,合金成分配比分别为：Cu-40%Pb-5%Ni，Cu-40%Pb-10%Ni。

1实验方法

实验选择的过偏晶Cu-40%Pb合金成分,试样由纯度为99.99%的电解Cu和99.75%Pb熔配而成，第三组元Ni纯度为99.9%,试样重8g左右。首先将Cu和玻璃净化剂（约为试样重量的2/3）一同放入石英管中，待Cu完全熔化后加入第三组元Ni和Pb，液态合金在1500K温度下保温5分钟，切断加热电源。当冷却温度达到1250K时施加电磁场，待α(Cu)凝固完成后关闭电磁场，试样随炉冷却。完全凝固的试样尺寸长为30mm，宽为10mm，高为5mm。地面常规凝固实验省去了微重力电磁模拟的过程，金相试样在试样的中部沿高度方向截取。采用Neophot-1型普通光学显微镜和HITACHIS-570型扫描电镜（附带TN-5400能谱仪）进行组织分析。

2组织分析

三元Cu-40%Pb-5wt%Ni、Cu-40%Pb-10%Ni合金同Cu－37.4％Pb偏晶合金凝固冷却曲线很相似，冷却曲线上明显出现了二次再辉(见图2)，同时这也说明该成分的合金冷却过程中也存在着两液相的不混溶区。

和Cu－37.4％Pb偏晶合金凝固组织在均质化过冷区间凝固过程和演化规律一样，三元Cu-40%Pb-5%Ni，Cu-40%Pb-10%Ni合金凝固也是经历了液液分离节段、凝固初期的快速生长阶段和再辉后体系进入受外界冷却控制的慢速凝固阶段这样的过程。在均质化过冷区间内得到的是第二相S(Pb)弥散在α(Cu)枝晶间的凝固组织，并且随着过冷度的增加α枝晶也越细，Pb的分布愈加均匀。但是从图3和图4可明显看到，随着第三组元含量的增加，过冷熔体获得的均质化过冷度区间也变得越大，得到的凝固组织中第二相在基体中分布也就越加均匀，另外均质化过冷度区间内随着Ni含量的提高第二相由在枝晶间的均匀分布向第一类粒化转变。

通过分析三元Cu-40%Pb-5%Ni合金的凝固组织可看出，当过冷度达到143K时，凝固组织中明显出现了少量团絮状的Pb相弥散在基体中，这也就说明了由均匀熔体L分离出的L2相随分离时间延长液滴半径在长大，第二相体积分数已接近或达到了均质化临界值时，在此过冷度下熔体开始凝固时，快速凝固的枝晶抑制了其体积分数的继续增加，完全凝固后得到了图3(e)所示的凝固组织；当过冷度大于143K时，凝固组织中枝晶间团絮状Pb颗粒尺寸随过冷度的增加逐渐变大，并且在基体中的分布也愈加不均匀，当过冷度超过160K时，第二相发生了Stocks沉积，导致最终的凝固组织出现了分层。