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本文采用高频感应循环过热结合熔融玻璃净化法研究了Cu-Pb偏晶合金熔体深过冷及其快速凝固。采用红外测温仪检测记录合金温度及冷却曲线。用经典形核理论和瞬态形核理论分析了Cu-20%Pb亚偏晶合金过冷熔体中α(Cu)相和L2相竞争形核及其凝固过程。利用光学显微镜观察并分析了Cu-20%Pb亚偏晶合金、Cu-34.15%Pb偏晶合金和Cu-40%Pb过偏晶合金组织演化规律,进而用BCT-LKT模型以及枝晶生长热力学与动力学理论计算分析了Cu-20%Pb亚偏晶合金过冷熔体凝固的组织演化机制。分析了过冷度对Cu-20%Pb亚偏晶合金的硬度、摩擦磨损性能和热膨胀性能的影响。并对比分析了深过冷Ni-20%Pb亚偏晶合金的组织演化规律和性能变化规律。本文主要结论有:Cu-20%Pb亚偏晶合金在所获得过冷度(0~238K)范围内有两次再辉。在该过冷度范围内α(Cu)相恒先形核即匀晶转变先于偏晶反应发生。故此:一、二次再辉分别为初生α(Cu)相形核长大、偏晶反应生成的L2相的形核与α(Cu)相和L2相长大的物理现象。Cu-20%Pb亚偏晶合金“无过冷”组织由粗大的α(Cu)树枝晶和枝晶间的Pb相组成,深过冷凝固使得树枝晶的枝晶臂直径与枝晶间Pb相明显细化。在过冷度小于85K左右时,枝晶重熔导致枝晶细化;过冷度大于170K时,枝晶碎断使得枝晶发生细化。Cu-34.15%Pb偏晶合金在过冷度小于130K时,组织中出现偏晶胞现象,偏晶胞周围有裂纹。而Cu-40%Pb过偏晶合金在过冷度为50K时便开始出现分层现象。深过冷凝固可使Cu-20%Pb亚偏晶合金的硬度升高,硬度均匀性提高。硬度值由“无过冷”时的34.9kgf/mm2增加到238K时的42.5kgf/mm2。材料的耐磨性在小过冷度下较好,减摩性在中等过冷度下较好,而在过冷度大于143K时材料的减摩性和耐磨性都很好;而且材料的磨损机制也由“无过冷”时的粘着磨损、磨粒磨损和疲劳磨损向大过冷时的粘着磨损和轻微磨粒磨损转变。在300~350℃温度范围内平均线膨胀系数由“无过冷”时的20.5×10-6/℃减小为238K时的9.8×10-6/℃,热膨胀性能得到明显提高。Ni-20%Pb亚偏晶合金组织演化规律与Cu-20%Pb亚偏晶合金有一定的相似性。该合金硬度均匀性和热膨胀性能较后者好,而摩擦磨损综合性能不及后者。