浇铝法制备铜铝复合铸锭的基础研究

发布时间：2019-09-03 13:34

【摘要】：将铝液浇注到铜管内制备铜铝复合铸锭是制备铜铝复合材料的方法之一，但复合层的凝固过程、工艺参数对复合质量的影响规律并不十分清楚。 本文针对上述问题，采用将铝液浇注到铜板上的方法制备铜铝复合铸锭，研究了固体铜在铝液内的溶解过程；在复合层的凝固过程与凝固组织的理论分析的基础上，研究了铜铝复合铸锭内温度场与铜铝元素分布规律、工艺参数对复合层内凝固组织与复合质量的影响规律、复合层厚度对力学性能的影响。 研究得到了当温度为973K，固体铜与液体铝接触时间在180秒内，以及当温度超过1070K时，铜的溶解速度呈直线上升的变化规律。 研究发现固体铜与液体铝接触时，即使是对铜板采取喷雾冷却，，固体铜的溶解也不能立刻停止，仍然有少部分的固体铜继续溶解。 研究揭示了铝液与固态铜接触后，Cu5Al导致铜在铝液中实现快速溶解机理。 实验结果表明，即使是对铜板进行喷水冷却，在铜铝复合铸锭内也无法实现自下而上的顺序凝固。铜铝铸锭内铜浓度的理论计算结果与实测结果基本吻合。 实验确定了浇铝法制备的铜铝复合铸锭复合层内存在有Cu9Al4、CuAl2、（CuAl2+αAl）共晶、初生αAl四种相，这四种相组成Cu9Al4层、初生CuAl2+（αAl+CuAl2）共晶层、（αAl+CuAl2）共晶层和初生αAl+（αAl+CuAl2）共晶层四层组织。浇铸温度、铜铝反应时间、冷却速度对铜铝复合铸锭复合层的组织组成以及复合层层数没有影响。铜铝复合铸锭复合层的总厚度，随着浇铸温度的升高、铜铝反应时间的增加、冷却速度的变慢，呈上升的变化规律，其中Cu9Al4与初生CuAl2+（αAl+CuAl2）共晶层厚度总和只随着冷却速度的加快而变薄。 实验发现浇铝法制备铜铝复合铸锭时，复合层内容易形成缩孔与缩松、在CuAl2相内易产生裂纹。增加对铜板的冷却速度，在复合层内形成更高的温度梯度是减少缩孔与缩松的有效方法。 复合层的抗弯强度与开裂前的最大挠度取决于复合Cu9Al4+初生CuAl2+（αAl+CuAl2）共晶的厚度。 以弯曲时复合层不出现裂纹的最大挠度为衡量指标，确定浇铸温度为790℃、铜铝反应时间50s、喷水冷却铜板为制备铜铝复合铸锭的最佳工艺。
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB331

【参考文献】

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本文编号：2531387