快速凝固Cu基合金制備及組織性能研究.pdf

1、在美國NIF(National Ignition Facility)點(diǎn)火靶設(shè)計(jì)中，銅鈹合金是一類優(yōu)異的聚變靶丸球殼材料，具有機(jī)械強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性好、抑制R-T不穩(wěn)定性增長等特點(diǎn)，但由于其晶粒粗大嚴(yán)重影響球殼的制備及物理實(shí)驗(yàn)中沖擊波的均勻性和對(duì)稱性。目前，主要采用等徑角擠壓法(ECAE)來降低合金的晶粒度，但其降低程度有限，距離靶物理設(shè)計(jì)要求還有一定差距。
　　 由此看來為了將銅鈹合金用于制備聚變靶丸球殼材料，需要對(duì)合金進(jìn)行相當(dāng)?shù)母?/p>

2、性處理。本文研究了在極端條件下制備銅鈹合金材料，利用單輥旋淬法達(dá)到快速凝固的效果。單輥旋淬法是快速凝固技術(shù)的一種，這種老方法在新的應(yīng)用中突顯了其實(shí)用價(jià)值。
　　 本文首先根據(jù)非傅里葉模型--熱波理論建立了熔體熱傳導(dǎo)雙曲方程，理論推導(dǎo)了液態(tài)合金凝固時(shí)的冷卻速率方程。應(yīng)用了XRD、SEM、EDS、TEM等手段來分析晶粒大小、相組成分布等微觀組織特征，分析了快速凝固相選擇和組織演變規(guī)律。實(shí)驗(yàn)表明合理的快速凝固工藝參數(shù)即尺寸為6×0.6

3、mm的噴嘴，保護(hù)氣氛為氬氣，噴鑄壓力為10～80KPa，輥輪轉(zhuǎn)速在2600～3600r/min之間時(shí)(輥輪材料為紫銅)，可以使Cu-Be合金晶粒尺寸達(dá)到30nm左右，晶粒形貌發(fā)生變化，并且有似CuBe金屬間化合物出現(xiàn)。由于Cu晶格中Be原子的加入，固溶度的擴(kuò)大使銅合金中有大量細(xì)小彌散的第二相顆粒，有共析轉(zhuǎn)變發(fā)生。與普通熔鑄法相比，采用快速凝固方法制備Cu-Be合金可使晶粒得到明顯細(xì)化，并且能有效抑制Be元素的枝晶偏析和宏觀反偏析，從而使

4、合金組織獲得優(yōu)化。
　　 從宏觀上分析凝固組織沿垂直輥面方向大致分為三個(gè)晶區(qū)：輥面細(xì)小等軸晶區(qū)、中部柱狀晶區(qū)和自由面粗大等軸晶區(qū)。隨著冷速的增大，柱狀晶區(qū)厚度變小，晶體形態(tài)由柱狀晶向等軸晶轉(zhuǎn)變。TEM分析表明，在Cu-Be合金晶粒內(nèi)存在大量的位錯(cuò)塞積和孿晶。孿晶之間相互平行，間距約100nm。冷卻速率的增大使位錯(cuò)密度增大，孿晶數(shù)量增多。
　　 隨著冷卻速率的增大，合金組織明顯細(xì)化，晶界增多，對(duì)自由電子的散射作用增強(qiáng)。由于