小平面共晶合金凝固組織控制及改性研究.pdf

1、二元共晶合金根據(jù)其生長方式可分為三類:非小平面-非小平面共晶（N-N)合金、非小平面-小平面共晶(N-F)合金、小平面-小平面共晶(F-F)合金。目前，有關(guān)非小平面-非小平面共晶合金和非小平面-小平面共晶合金的研究較為充分，但是關(guān)于小平面-小平面共晶合金的研究仍然很少。小平面-小平面共晶合金的兩個組成相一般均為金屬間化合物相，金屬間化合物由于具有長程有序的超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)而能保持很強(qiáng)的金屬鍵結(jié)合，因而使其具有特殊的物理、化學(xué)和力學(xué)等方面的性質(zhì)

2、。利用這些特性已經(jīng)成功制備出很多新型材料，可用于交通運(yùn)輸、化工、機(jī)械等許多工業(yè)部門。但是，由于小平面-小平面共晶合金中的小平面相生長各向異性較強(qiáng)，室溫塑性很差難以加工制備，使其難以實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。
　　鑒于以上分析，本文以典型的小平面-小平面Ni31Si12-Ni2Si和CoSi-CoSi2共晶合金為研究對象，嘗試了多種技術(shù)手段對其凝固組織進(jìn)行控制和改性，取得明顯成果。首先使用定向凝固技術(shù)方法得到了組織較為規(guī)則的Ni31Si

3、12-Ni2Si共晶合金鑄錠，使得合金壓縮斷裂強(qiáng)度得到很大的提升，達(dá)到了2100MPa。定向凝固使得組織均勻細(xì)化且方向一致，減少了凝固缺陷，從而提升鑄錠的斷裂強(qiáng)度;其次采用了真空中頻感應(yīng)熔煉并施加旋轉(zhuǎn)磁場的方法得到了組織規(guī)則的大體積Ni31Si12-Ni2Si共晶合金鑄錠，使得合金塑性及強(qiáng)度也得到了一定程度的提升。但是定向凝固的方法生產(chǎn)效率較低，且鑄錠的尺寸受到限制。而僅僅通過施加電磁攪拌的方法雖然也能提高小平面-小平面共晶合金的塑性及

4、強(qiáng)度，但是提高程度仍然有限。
　　最后采用添加微量Ti、Zr、Cu等第三組元元素的方法對模型合金進(jìn)行凝固組織控制和改性研究，取得了明顯效果。研究發(fā)現(xiàn)，在添加4wt.％Ti元素的Ni31Si12-Ni2Si共晶合金鑄錠得到最大的壓縮斷裂強(qiáng)度，達(dá)到2051MPa，實驗結(jié)果表明添加了Ti元素后合金的斷裂強(qiáng)度得到了較大程度的提升，壓縮塑性稍有提升;在添加1wt.％Ti元素的CoSi-CoSi2共晶合金鑄錠得到最大的壓縮斷裂強(qiáng)度，達(dá)到820

5、MPa，實驗結(jié)果表明添加了Ti元素后合金的斷裂強(qiáng)度得到了較大程度的提升，壓縮塑性稍有提升;而添加4wt.％Cu的CoSi-CoSi2共晶合金鑄錠的壓縮斷裂強(qiáng)度高達(dá)1303MPa，壓縮塑性提高了40％。
　　由于Ti、Zr、Cu等微量合金元素在模型小平面-小平面共晶合金中的固溶度很小，有選擇性的添加的這些與Ni、Co和Si元素的結(jié)合能較小的這些元素，因此Ti、Zr、Cu等元素凝固時以單質(zhì)的形式直接偏析在小平面相的晶界處。由于添加的這

6、些微量元素本身具有良好的塑性，在合金變形時，硬脆的小平面晶粒首先對偏析在晶界處較軟的單質(zhì)Ti、Zr、Cu相進(jìn)行擠壓，使得滑移得以進(jìn)行，從而顯著提高小平面-小平面CoSi-CoSi2共晶合金的塑性和強(qiáng)度。
　　從上面的分析可以看出，通過添加合適的第三組元元素的方法能夠同時提高小平面-小平面共晶合金的塑性和強(qiáng)度，我們的方法簡單易行，適用于大體積小平面-小平面共晶合金的凝固組織控制和改性，有利于該類合金的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，該研究具有重要