铜模喷铸合金试样的制备及组织观察.doc

铜模喷铸合金试样的制备及组织观察 一、实验目的 了解真空快淬（真空铜模喷铸）炉的构造及工作原理 掌握冷却速度对凝固组织的影响及快速凝固技术 了解真空铜模喷铸制备块体非晶合金的工艺过程 二、实验原理 激冷法快速凝固原理 凝固速率由材料凝固潜热及物理热的导出速率控制。在忽略液相过热的条件下，单向凝固速率R取决于固相中的温度梯度G=（TK-Ti）/δ 图1. 单向凝固速率与导热条件的关系 δ---凝固层厚度 Ti----铸件与铸型的界面温度 TK----凝固界面温度 λS----固相热导率 △h----凝固潜热 ρs-----固相密度 由上式可知,通过选用热导率大的铸型材料,提高铸型的导热能力,增大热流的导出速率;对铸型强制冷却,降低铸型与铸件界面温度Ti;减小凝固层厚度δ;均可使凝固界面快速推进，实现快速凝固，从而细化材料内部组织或获非晶结构,如图2、3所示。 图2. 激冷法快速凝固原理图 图3. 单辊法快速凝固原理图 基板 2---加热源 3---试样入口 1---激冷辊 2---感应加热炉 3---排气阀 4---坩埚 5---样品 4----压力表 5---带材 2．(真空)铜模喷铸快速凝固原理 1) 母合金制备 在非自耗真空电弧炉上炼制母合金，其基本构造和原理如图2.1。合金总质量40g，根据合金的名义成分，按照原子百分比计算各元素的质量，将精确称量的金属原料洒精清洗后，放入抽真空充氩气保护的电弧炉中熔炼，为保证所制备的母合金成分均匀，样品需反复熔炼四次以上。 图4 真空非自耗电弧炉ZHW-600A的电弧熔炼部分及熔炼原理示意图 2) 真空喷铸 图5. 真空铜模喷铸制备试样的工作原理图 将电弧炉熔制的母合金破碎成小料块，置于底部有喷嘴的石英管中，在抽真空充氩气保护下，采用高频感应加热熔化母合金，待合金完全熔化后，在石英管上方与底部的压力差作用下，合金液自石英管喷嘴喷入正下方的（水冷）铜模内进行快速冷却。因（水冷）铜模导热速率快，喷铸试样小，冷却速度大，能获细晶凝固组织；真空铜模喷铸也是制备块体非晶的主要工艺，当所选合金成分恰当时，能得到块体非晶态材料， 三、实验设备及材料 实验设备：真空快淬炉（非标），内孔φ4的（水冷）铜模，氩气瓶，金相显 微镜等。 实验材料：(Cu60Zr30Ti10)98Y2 四、实验步骤 母合金制备：电阻炉制备成分均匀的母合金，将母合金锯成小块状，洒精清洗干净后放入φ20的石英坩埚内 图6. 真空快淬炉的真空系统示意图 2．准备工作（根据图6所示进行以下准备及实验）： 检查系统各部分压强状态（是否真空）： 通过B1检查V4腔体；通过B2检查真空室；通过B3检查配气系统； 确认阀门V1～V9全部处于关闭状态； 检查配气阀V6接嘴是否与氩气瓶（或其他保护气体）连接牢固，并密封； 打开设备总电源，三相指示灯亮（严禁缺相状态下运行）； 启动空压机，确保三个气缸全部处于升起状态； 接通循环水，检查各水路是否畅通，压力是否适中（参见低温自循环水箱操作说明）。 3．启动真空机组 a) 启动机械泵，缓慢打开V1；观察真空表B1指示至-0.1?Mpa后打开复合真空计总开关，此时低真空测量显示； b) 看真空计低真空显示低于5Pa时，关闭V1，然后缓慢打开V2； c) 1分钟（听机械泵运转声音正常，排大气声音消失）后，启动扩散泵并打开V3； d) 待扩散泵进入正常工作状态（约40分钟），当真空计低真空显示低于2×10-1Pa时，启动电离规，进入高真空测量状态，此时真空计显示整个真空机组工作状态； f) 由于V4将真空室与真空机组隔开，此时可以打开真空室装料。 4. 装料 a)通过表B2观察真空室是否处于真空状态，若处于真空状态需先充入大气（将真空室舱门紧固螺栓适当放松，然后缓慢打开放气阀V7，待表B2指示到0 Mpa，再打开舱门）； b)将放有料块的石英坩埚接入密封组件，并用快装夹安装至真空室内； 选择实验为动喷或静喷，如需动喷，先按下喷铸开关将石英管降下，然 后放入铜模，并将石英管喷嘴与铜模对正，喷嘴与铜模的间隙根据铜模孔径适当调整（一般为5～13mm，谨供参考），然后升起石英管，关闭舱门，并拧紧舱门螺栓；确保放气阀V7关闭。 5. 真空室抽真空 a) 首先关闭电离规，再关闭复合真空计总开关； 关闭V3（保护扩散泵）； 缓慢打开V4，然后