熔煉工藝及成分對高熔點Cu-Ni-Nb合金組織與導(dǎo)熱性能的影響.pdf

1、冷卻水套是閃速爐和煉鐵高爐等冶金爐的關(guān)鍵冷卻元件,實現(xiàn)強化冶金的同時,保護爐襯,延長爐壽。冷卻水套材料的選擇是決定冶金爐中爐壁傳熱效果的關(guān)鍵,直接影響冶金爐的壽命、生產(chǎn)效率和能耗。埋管式鑄銅水套具有工藝流程短,冷卻效果好等優(yōu)勢,逐漸成為國內(nèi)外冶金爐首選關(guān)鍵冷卻設(shè)備。但現(xiàn)有Cu/Cu水套,Cu管鑄造過程中易熔穿;Cu/鋼水套,Cu、Fe互溶度低,Cu/鋼冶金結(jié)合難,有間隙存在,鋼管導(dǎo)熱差;Cu/NiCu合金水套,NiCu合金管導(dǎo)熱率低。后

2、兩種鑄銅式水套,預(yù)埋管熔點高,為了與銅本體冶金結(jié)合,鑄造過程中銅液澆注溫度過高,導(dǎo)致銅液吸氣嚴重,銅本體中產(chǎn)生大量氣孔。因此,開發(fā)熔點較高,適合純銅澆注溫度要求,且與銅本體容易冶金結(jié)合,導(dǎo)熱率適中的合金材料是制備高性能鑄銅冷卻水套的關(guān)鍵問題。本文以銅-鎳-鈮合金為研究對象,系統(tǒng)研究合金成分和熔煉工藝對合金組織、導(dǎo)熱性能及熔點的影響規(guī)律,建立合金成分、熔煉工藝與合金組織、熔點及導(dǎo)熱率之間的關(guān)系。獲得主要結(jié)論如下:
　　(1)采用一次

3、熔煉法,難以將高熔點Nb元素溶入Cu-Ni合金。采用二次熔煉法,按Ni:Nb質(zhì)量比1:1,制得Ni-Nb中間合金,其熔點為1183℃,可將高熔點Nb元素以Ni3Nb、Ni8Nb等第二相形式溶入Cu-Ni合金。
　　(2)本文條件下,Cu-Ni-Nb合金基體組織為Cu-Ni固溶體,基體中分布著富鈮第二相。合金晶粒隨Nb元素的增加而變細,隨Ni元素的增加而變粗;合金第二相含量隨Nb元素增加而變多,隨Ni元素的增加而減少。Cu-30Ni

4、-5Nb合金晶粒最細小,二次枝晶間距為10μm,Cu-20Ni-10Nb合金中第二相含量最高,其質(zhì)量分數(shù)為16.3％。
　　(3)Cu-Ni-Nb合金中Nb元素以Ni3Nb、Ni8Nb等第二相形式存在,減少了固溶在銅基體中的鎳元素,合金的導(dǎo)熱率隨Nb含量的增加而提高,但合金熔點隨著Nb含量的增加有所下降。Cu-Ni-Nb合金中鎳主要固溶在銅基體中,合金熔點隨Ni元素的增加而提高,而合金導(dǎo)熱率隨Ni元素的增加而降低。
　　(4

5、)同一成分,不同制備工藝獲得合金組織不同。電弧熔煉+水冷銅坩堝冷卻制備的合金,其合金組織較細小,導(dǎo)熱率低;感應(yīng)加熱熔煉+石英玻璃管冷卻制備的合金,其合金組織較粗大,導(dǎo)熱率較高;制備工藝對合金熔點影響不大。電弧熔煉的Cu-20Ni-3Nb合金導(dǎo)熱率為43.23W/m·k,熔點為1146.75℃,感應(yīng)熔煉的合金導(dǎo)熱率為53.73W/m·k,熔點為1143.74℃。
　　(5)時效處理能使合金組織變粗大,析出相增多,合金導(dǎo)熱率獲得提高。