CN104372400A - 一种加入Ce控制铝铜合金定向凝固一次枝晶间距的方法 - Google Patents
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Abstract
一种加入Ce控制铝铜合金定向凝固一次枝晶间距的方法，属于定向凝固技术领域，其特征在于：合金成分（质量分数%）Cu4.5%，Ce0.1-0.5%，其余为Al。将合金在5kg坩埚下拉式真空定向凝固炉中进行定向凝固，其温度由装在加热元件的三组热电偶控制，工作时温度控制在±5K。通过控制电机的下拉速率来实现控制晶体生长的速率，在抽拉速率不是很大时(小于100r/min)，电机的抽拉速率可近似等于晶体的生长速率。通过控制三段静置温度来控制温度梯度。本发明选用Al-4.5%Cu合金中加入稀土Ce，通过相关参数数据，得出稀土Ce与一次枝晶间距的内在关系。
Description
技术领域
本发明属于定向凝固技术领域，特指一种加入Ce控制铝铜合金定向凝固一次枝晶间距的方法。
背景技术
在金属凝固过程中，金属以树枝晶的形式生长是一种主要方式。而树枝晶的大小与形态对金属的性能有很大的影响。枝晶间距就是其中一个最重要的参数，间距的大小与组织中显微偏析、夹杂的形成、微裂纹与缩松的产生等都有密切的关系。尤其是一次枝晶间距是影响合金组织中溶质、中间相、共晶相或杂质分布的重要凝固组织参数，研究其形成机制以及和凝固条件的依赖关系，有利于对合金凝固组织实施准确预测和控制，因此对提高合金性能具有十分重要的意义。
晶体在定向凝固生长时，柱状晶生长方向与热流方向平行，两者的方向相反，晶体以一定的速度向液体内生长。枝晶尖端温度与金属或合金液相线温度相等，其晶界与枝晶的主轴平行，枝晶的主轴不断产生分枝，最后形成一个完整晶粒。对于平行排列的枝晶，他们的间隔被定义为一次枝晶间距。在定向凝固理论中，晶体生长速率是定向凝固技术中的重要工艺参数，是影响金属凝固、枝晶生长的一个重要因素。决定了晶体的显微组织(即枝晶间距)，枝晶间距小则晶粒细小，合金性能提高，因此可以满足工程等领域的需要。目前国内外对于定向凝固组织的影响因素的研究一般集中在工艺参数方面的分析，关于稀土Ce对定向凝固组织的影响目前尚未有全面的研究。
本发明针对这一问题，开发了一种加入Ce控制铝铜合金定向凝固一次枝晶间距的方法。
发明内容
本发明的目的提供一种加入Ce控制铝铜合金定向凝固一次枝晶间距的方法。
本发明具体技术方案为，对定向凝固Al-4.5%Cu合金一次枝晶间距进行控制，以满足工程等领域的需求。其特征在于：合金成分（质量分数%）Cu4.5% Ce0.1-0.5%，其余为Al。将合金在5kg坩埚下拉式真空定向凝固炉中进行定向凝固，其温度由装在加热元件的三组热电偶控制，工作时温度控制在±5K。在工作中热电偶的放置与坩埚热流方向相平行，在加热和冷却过程中，用热电偶测得温度分布。为了保证炉温，保持冷却水(恒定温度)在恒定水压，同时固定冷却水和发热台之间的距离，以保证工作时温度梯度恒定。通过控制电机的下拉速率来实现控制晶体生长的速率，在抽拉速率不是很大时(小于100r/min)，电机的抽拉速率可近似等于晶体的生长速率。通过控制三段静置温度来控制温度梯度。本发明选用Al-4.5%Cu合金中加入稀土Ce，通过表1的相关参数数据，得出稀土Ce与一次枝晶间距的内在关系。表1是本发明的相关参数数据。
表1 相关参数数据
通过改变稀土Ce的加入量，测得枝晶间距见表2。
由表2可见，稀土Ce的加入量可优选为0.3%。
表2添加不同成分的稀土Ce的一次枝晶间距及层片间距
具体实施方式
实施例1
选用合金成分（质量分数%）Cu4.5% Ce0.1%，其余为Al。将合金在5kg坩埚下拉式真空定向凝固炉中进行定向凝固，其温度由装在加热元件的三组热电偶控制，工作时温度控制在±5K。在保持抽拉速率和温度梯度不变的条件下，在相同的过热温度和过热时间条件下进行定向凝固。测得横截面一次枝晶间距126.625μm，纵截面层片间距211.714μm。
实施例2
选用合金成分（质量分数%）Cu4.5% Ce0.3%，其余为Al。将合金在5kg坩埚下拉式真空定向凝固炉中进行定向凝固，其温度由装在加热元件的三组热电偶控制，工作时温度控制在±5K。在保持抽拉速率和温度梯度不变的条件下，在相同的过热温度和过热时间条件下进行定向凝固。测得横截面一次枝晶间距104.332μm，纵截面层片间距156.756μm。
实施例3
选用合金成分（质量分数%）Cu4.5% Ce0.5%，其余为Al。将合金在5kg坩埚下拉式真空定向凝固炉中进行定向凝固，其温度由装在加热元件的三组热电偶控制，工作时温度控制在±5K。在保持抽拉速率和温度梯度不变的条件下，在相同的过热温度和过热时间条件下进行定向凝固。测得横截面一次枝晶间距121.146μm，纵截面层片间距224.235μm。
Claims (3)
1.一种加入Ce控制铝铜合金定向凝固一次枝晶间距的方法，其特征在于：合金成分（质量分数%）Cu4.5% Ce0.1-0.5%，其余为Al；将合金在5kg坩埚下拉式真空定向凝固炉中进行定向凝固，其温度由装在加热元件的三组热电偶控制，工作时温度控制在±5K；在工作中热电偶的放置与坩埚热流方向相平行，在加热和冷却过程中，用热电偶测得温度分布；为了保证炉温，保持冷却水(恒定温度)在恒定水压，同时固定冷却水和发热台之间的距离，以保证工作时温度梯度恒定；通过控制电机的下拉速率来实现控制晶体生长的速率，在抽拉速率不是很大时(小于100r/min)，电机的抽拉速率可近似等于晶体的生长速率；通过控制三段静置温度来控制温度梯度；本发明选用Al-4.5%Cu合金中加入稀土Ce，通过表1的相关参数数据，得出稀土元素铈与一次枝晶间距的内在关系
表1 相关参数数据
。
2.根据权利要求1所述一种加入稀土Ce控制定向凝固一次枝晶间距的方法，通过改变稀土Ce的加入量，测得枝晶间距见表2
表2添加不同成分的稀土Ce的一次枝晶间距及层片间距
。
3.根据权利要求2所述一种加入稀土Ce控制定向凝固一次枝晶间距的方法，稀土Ce的加入量可优选为0.3%。
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Cited By (1)
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| CN114672710A (zh) * | 2022-01-21 | 2022-06-28 | 常州工学院 | 一种定向组织耐热铝合金材料及其制备方法 |
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