Cu-Fe合金属于亚稳难混熔合金,其二元平衡相图的液相线下方存在亚稳态的不混溶间隙区。在合金凝固过程中,当熔体被过冷至该区域时液相分离便会发生。国外有通过快速凝固手段研究Cu-Fe合金液相分离现象。但鲜有合金元素对Cu-Fe合金液相分离影响的研究报道。本文前期研究发现,C元素的加入会造成Cu-Fe合金发生液相分离,由于发生液相分离对合金的组织和性能具有重大影响,因此,开展C元素对Cu-Fe合金液分离行为及组织与性能影响规律的研究工作是十分必要的,对Cu-Fe合金的实际生产和新材料的开发具有重要的指导意义。基于前期研究发现,本文使用真空熔铸法制备了不同C含量的Cu-14Fe-xC合金(x=0,0.05,0.2,0.7 wt.%),主要研究了C元素加入后合金显微组织、显微硬度及电导率的变化规律。结合Cu-Fe二元合金相图以及Cu-Fe-C三元合金相图,深入分析了不同C含量下合金的凝固行为,进一步揭示了C元素加入后合金的组织演变机理。最后利用离心铸造技术制备了 Cu/Fe双金属复合材料,并对其组织形貌和显微硬度进行了分析。主要研究结论如下:1.Cu-14Fe合金的凝固方式为正常的液固相变。在凝固过程中,初生的γ-Fe相首先从合金熔体中析出,并以树枝晶的方式生长,最终形成的合金凝固组织由富Cu基体与树枝状的富Fe第二相组成。C元素加入后,Cu-Fe合金的液相不混溶区域由亚稳态转变为稳态,并能够稳定存在于液固相线的上方。因此,在使用常规的真空熔铸法制备Cu-14Fe-C合金的过程中,当合金熔体被冷却至稳态不混溶间隙区时,将发生液相分离,均质熔体将分解成两个成分不同的富Cu相与富Fe相。分离后的富Fe相以细小的球形液滴状存在,且在布朗运动的作用下发生碰撞和凝并,变成尺寸较大的球状液滴。大尺寸的富Fe球状液滴在Marangoni迁移和Stokes运动的作用下继续发生碰撞和凝并,变成尺寸更大的球状液滴。最终形成的合金凝固组织由富Cu基体与球形颗粒状的富Fe第二相组成。球形颗粒状的富Fe第二相的尺寸主要由熔体发生液相分离后,富Fe相液滴发生碰撞和凝并的时间所决定。C元素的加入量越多,Cu-Fe-C合金中的稳态不混溶间隙区的温度范围越大,合金熔体发生液相分离后富Fe相液滴发生碰撞和凝并的时间则越长,最终Cu基体中的球形颗粒状的富Fe第二相的尺寸越大。2.C元素的加入能够降低Cu-Fe合金中Fe在Cu中的最大固溶度。C元素的加入量越多,Cu-Fe合金中Fe在Cu中的最大固溶度越小,但随着C元素加入量的进一步上升,Fe在Cu中的最大固溶度减小的趋势变缓。Fe在Cu中的最大固溶度的降低,使得基体中富Fe第二相的体积分数上升和Fe析出相增多,第二相强化效果加强,Cu-14Fe-C合金的显微硬度得到明显提高。当C元素的添加量继续增加时,富Fe第二相过分长大聚集,导致第二相强化效果减弱,合金的硬度出现下降的趋势。Cu-Fe合金的电导率与Cu基体中的杂质散射电阻密切相关,C元素的加入使得Cu基体中固溶的Fe原子含量下降,降低了杂质散射作用,大幅度提高了合金的电导率。当C元素的加入量继续增加时,由于第二相的尺寸过大,严重阻碍了基体中电子的运动,合金的电导率出现下降的趋势。3.在离心铸造的过程中,Cu-Fe-C合金熔体中分离出的富Cu相将在离心力的作用下向金属型腔的外层偏聚,而富Fe相将向金属型腔的内层偏聚,形成外层为富Cu相,内层为富Fe相的组织。但是,在浇注初期,刚浇入的合金熔体首先接触到温度较低的型腔外壁,分离出的富Fe相在激冷的作用下来不及发生相对运动,最先在外壁开始凝固析出,将在近外壁处形成富Fe相组织。因此,离心铸造Cu/Fe双金属复合材料主要由最外层富Fe相、中层富Cu相和内层富Fe相组成。经硬度测试发现,最外层富Fe相和内层富Fe相的硬度在750-800 HV之间,中层富Cu相的硬度在80-100 HV之间,同一层中的不同部位硬度差值较小,硬度分布均匀。