超高強(qiáng)Cu-Ni-Si合金的相變特征及性能研究.pdf

1、本論文采用熔鑄法制備了Cu-8.0Ni-1.8Si和Cu-8.0Ni-1.8Si-0.6Sn-0.15Mg兩種Cu-Ni-Si系銅合金。首次采用了Miedema二元合金生成熱模型和Toop非對稱幾何模型，結(jié)合相關(guān)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，對Cu-Ni-Si三元合金熔體1450℃時(shí)的生成熱HE、過剩自由能GE、過剩熵SE以及在該溫度下各組元之間的活度系數(shù)等熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了計(jì)算。借助Gleeble-1500熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)對經(jīng)過均勻化處理后的Cu-8.0N

2、i-1.8Si合金的高溫壓縮加工工藝性能進(jìn)行了模擬研究。利用光學(xué)顯微鏡、透射電子顯微鏡對合金時(shí)效過程中組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，并采用電阻儀、硬度計(jì)等對其導(dǎo)電性能和力學(xué)性能進(jìn)行了測試。最后還測試了Cu-8.0Ni-1.8Si和Cu-8.0Ni-1.8Si-0.6Sn-0.15Mg兩種材料的抗應(yīng)力松弛性能。得到的主要結(jié)論如下：
　　 1.Cu-Ni-Si三元合金熔體(1450℃)的生成熱、過剩熵和過剩自由能三者的最小值均出現(xiàn)在XCu＝0

3、 wt％，XNi＝52.5 wt％，XSi＝47.5 wt％成分處；最大值出現(xiàn)在XCu＝50 wt％，XNi＝50 wt％，XSi＝0 wt％處。且其組元活度交互作用系數(shù)分別為：Inγ(?)＝-0.0016；ε(?)＝-0.0026；ε(?)＝0.0080；p(?)＝-0.0097；p(?)＝-0.0015；p(?)＝-0.0020。
　　 2.Cu-8.0Ni-1.8Si-合金高溫壓縮變形時(shí)，其高溫變形是一個(gè)熱激活過程，且峰值

4、屈服應(yīng)力與應(yīng)變速率之間滿足ε＝A[sinh(ασ)]nexp(-Q/(RT))雙曲正弦關(guān)系。峰值屈服應(yīng)力與溫度之間的In[sin(ασ)]-T-1曲線滿足線性關(guān)系。其峰值屈服應(yīng)力與應(yīng)變速率以及溫度之間的本構(gòu)方程為：ε＝[sin(0.0987296σ)]1444exp(lnA-(82.7485/RT))，高溫壓縮變形時(shí)的激活能Q為782.7485kJ/mol。
　　 3.Cu-8.0Ni-1.8Si合金經(jīng)固溶處理后，在時(shí)效過程中，

5、其顯微硬度在時(shí)效早期(t＜30min)隨著時(shí)效時(shí)間的延長而迅速上升，然后隨時(shí)效時(shí)間下降(30min＜t＜90min)，繼續(xù)延長保溫時(shí)間(t＞90min)，合金的硬度又逐漸上升。合金的電導(dǎo)率與時(shí)效時(shí)間滿足Avrami經(jīng)驗(yàn)方程：在時(shí)效溫度為450℃時(shí)為σ＝20.00＋10.53(1-exp(-0.001927t1.31892))，在時(shí)效溫度為500℃時(shí)則為σ＝20.00＋11.05(1-exp(-0.087862t068563))。且其對應(yīng)

6、的相變動力學(xué)經(jīng)驗(yàn)方程分別為：f＝1-exp(-0.001927t1.31892)和f＝1-exp(-0.087862t068563)。
　　 4.Cu-8.0Ni-1.8Si合金的時(shí)效過程析出序列為：調(diào)幅分解→β-Ni3Si粒子有序化析出→δ-Ni2Si析出沉淀。兩種析出相與基體的取向關(guān)系為：(110)m//(110)β//(21-1)δ，[11-2]m//[1-12]β//[324]δ。
　　 5.Cu-8.0Ni-1

7、.8Si合金和Cu-8.0Ni-1.8Si-0.6Sn-0.15Mg合金的應(yīng)力松弛過程分為兩個(gè)階段：早期階段，應(yīng)力松弛較快，松弛量占總松弛量的90％；后期階段，應(yīng)力松弛較慢，基本趨于穩(wěn)定的平臺期。根據(jù)線性回歸得到Cu-8.0Ni-1.8Si合金和Cu-8.0Ni-1.8Si-0.6Sn-0.15Mg合金的應(yīng)力松弛變化規(guī)律方程分別為：lg(X/X0)＝0.338T(11＋lgt)×10-3-2.23和lg(X/X0)＝0.258T(26＋