快速凝固Cu-Cr合金

快速凝固粉末铝合金是快速凝固取得的最重要成果之一。美国材料咨询局( NMAB)对先进的快速凝固铝合金的研究做了全面的评估，得出的结论是：(1)快速凝固粉末铝合金的性能比传统铸锭冶金优越得多；(2) 快速凝固粉末冶金铝合金主要用于航空工业；(3)现行的有关相关系、显微组织及结构性能方面的知识不适用于快速凝固铝合金。咨询局的评估是对快速凝固铝合金的研究、开发、试验与生产的有力支持，该报告特别指出应进行长期、广泛的基础研究并制定发展规划。

快速凝固铝合金主要是在粉末高比强合金、粉末耐热铝合金、粉末高强铝合金、粉末耐磨铝合金方面取得了很多成果，特别是粉末耐热铝合金的成就令人瞩目。

铁合金浇注和粒化时凝固的形状和大小取决于液态铁合金的物理性能，特别是表面张力、黏度、合金熔点和其氧化物的熔点。

凝固过程表面张力的影响

表面张力起着减少液体表面的作用。纯铁的表面功大约为1.8N/m解在铁水中的碳、锰和硅等元素使得该值降低。含4%碳与少量的锰和硅形成的熔体表面张力约为1.5N/m。硫和氧对铁的表面张力有着极大的影响。含硫量小到0.06%，铁基熔体的表面张力为0.9N/m炉料级铬铁和高碳锰铁表面张力为1.1～1.3N/m面张力直接影响成团块浇注机中产生的扁平铁饼的厚度。

铁饼的厚度与液态金属的表面张力、液态金属比重有关。在低碳铬铁或低碳钢的铁饼厚度为10mm左右，而表面张力较低的锰铁铁饼厚度为4～5mm。黏度是另一个重要的参数，黏度高的金属熔体即使其表面张力较低也能粒化成厚的铁饼。

在金属液球的冷却过程中，球体各部位温差较大，表面张力有所不同。如果冷区的表面张力小于热区的表面张力，冷区的金属就会被热区的金属拉到热区附近。反之，热区的表面张力小于冷区的表面张力，热区的金属就会被冷区的金属拉到冷区附近，露出新的液态金属表面。

由此可以推出：液体表面张力随温度升高而增大，那么铁的表面呈现光滑；表面张力随温度降低而减少，铁会形成有皱纹的表面。许多金属的表面张力与温度并非呈现线形变化。当金属过热度太大时，粒化铁饼通常是不光滑的。在实际生产中可以看到：粒化镍铁的表面是光滑的，而粒化铬铁的表面呈现许多皱纹。

凝固过程黏度的影响

液态金属的黏度对铁合金成形有一定影响。金属液流在水流的冲击下发生变形。液球的重力和表面张力将其拉成饼干状。黏度高的液体有较高的抵抗变形的能力，铁饼厚度较高。

凝固过程熔体温度的影响

铁合金的浇注温度由1600℃提高到1700℃时形成固体外壳的时问由 0.1s延长到0.7s左右。这将使粒化凝固时间延长到2.5s。过热度大的液态金属在水粒化成形时得到的粒度较小。

凝固过程化学成分的影响

碳、硅等元素在合金中的含量会影响合金的熔点和过热程度。一般来说，含碳高的金属熔体的熔点较高，比较容易过热。低碳合金成块浇注通常得到粒度大、强度高的金属饼。为了得到较大块度的高碳合金易采用低温浇注。

铁合金中的气体含量对铁的表面形状影响很大。中低碳铬铁中溶解的气体在凝固时从铁水中析出，导致合金气孔较多。经过真空处理或盖渣浇注的铬铁则几乎没有气孔，会属锰中溶解的气体含量比较高，导致其结构比较疏松、强度变差。

高强度高导电铜合金，是微电子、通讯、交通和航空航天等高新技术领域重要的新型功能材料。本项目研究了微合金化的CuZrAl合金组织与性能的关系。探索了热处理工艺对合金导电率和力学性能的影响。同时，设计出快速凝固连续铸造结晶器，研究了合金的快速凝固连铸技术，并对连铸合金棒材进行了组织与性能评价。 铜模喷铸2 mm直径Cu90Zr10-xAlx合金棒由α-Cu和Cu5Zr相组成，Al固溶于α-Cu中。其中Cu90Zr9Al1由α-Cu Cu5Zr的共晶组织基体和其上弥散分布的细小纤维状Cu5Zr增强相组成，Cu90Zr7Al3和Cu90Zr5Al5由先析出的枝晶状α-Cu和枝晶间的α-Cu Cu5Zr共晶组织构成，Cu90Zr3Al7和Cu90Zr1Al9由α-Cu晶粒和晶界处的少量α-Cu Cu5Zr共晶组织所构成。Cu90Zr9Al1、Cu90Zr7Al3和Cu90Zr5Al5合金棒的压缩屈服强度分别达到1513、1066和812MPa，维氏硬度分别为420、326和250。 铜模铸造20mm直径的Cu99Zr0.5Al0.5合金由细小的等轴晶粒组成，晶界处存在少量α-Cu Cu5Zr共晶组织，冷轧后等轴晶粒转变为条带状变形组织，晶界处共晶组织破碎，呈不连续条状分布。经过70%冷轧450℃/1h时效的Cu99Zr0.5Al0.5合金，具有较好的综合性能，抗拉强度为460MPa，伸长率为16%，导电率为60% IACS。对添加0.01�的合金进行950℃/1h固溶处理，固溶处理后经70%冷轧450℃/2h时效处理，抗拉强度达到469.2 MPa、导电率达83.3% IACS。 自主设计出真空双室差压快速凝固水平连铸系统，成功连铸出纯铜和CuZrAl合金及CuZrAlCe合金棒材，合金棒具有良好的表面质量。其中，Cu90Zr9Al1合金棒由交替分布的α-Cu和Cu5Zr相组成，压缩断裂强度为996MPa，抗拉强度为865MPa，导电率为12.3%IACS。对于添加0.01at�的Cu-Zr合金，在1250℃的连铸温度下、使用2mm/s的拉坯速度、拉5s停2s的连铸工艺、2L/min的冷却水流量和0.05MPa压差，成功制备出表面质量良好的合金棒。