稀土添加和時(shí)效處理對(duì)Cu-Ni-Si合金組織與性能的影響.pdf

1、隨著發(fā)電機(jī)組容量的提高，對(duì)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全性及可靠性提出了更高要求。轉(zhuǎn)子槽楔是發(fā)電機(jī)組的重要部件之一，Cu-Ni-Si合金是目前應(yīng)用最廣泛的槽楔材料。Cu-Ni-Si是一種時(shí)效強(qiáng)化型合金，時(shí)效前冷變形、時(shí)效溫度、時(shí)效時(shí)間是影響性能的關(guān)鍵因素。稀土和稀土氧化物作為有效的添加劑，可改善合金組織和性能。本文采用X射線衍射(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM、HREM)、室溫拉伸、電導(dǎo)率測(cè)量等方法研究Cu-Ni-Si合

2、金時(shí)效過程中的顯微組織、力學(xué)性能和電性能變化;研究稀土和稀土氧化物在合金中的分布和存在形式，以及其對(duì)合金組織和性能的影響及作用機(jī)理。本研究主要結(jié)論如下:
　　1、鑄態(tài)Cu-Ni-Si合金為典型的樹枝晶組織，存在明顯的晶內(nèi)偏析和枝晶偏析。熱擠壓可消除鑄造缺陷，同時(shí)由于擠壓溫度較高合金發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶。熱擠壓后的合金中無明顯第二相析出，合金處于過飽和狀態(tài)。Cu-Ni-Si合金經(jīng)過60％拉拔變形后，在430℃時(shí)效3h具有最佳的綜合性

3、能，顯微硬度為265.6 HV，抗拉強(qiáng)度為760 MPa，電導(dǎo)率為40.1％IACS。合金在430℃時(shí)效時(shí)發(fā)生有序化轉(zhuǎn)變，550℃時(shí)效時(shí)其析出相主要為Ni2Si，已經(jīng)明顯長大。Cu-Ni-Si合金在不同時(shí)效溫度下的相變動(dòng)力學(xué)方程為:400℃:(φ)=1-exp(-0.7561t0.72678);430℃:(φ)=1-exp(-0.9094t0.70005);460℃:(φ)=1-exp(-1.1868t0.53943)，可見時(shí)效溫度越高

4、，時(shí)效進(jìn)行得越快。
　　2、Cu-Ni-Si合金中添加La后，鑄態(tài)晶粒明顯細(xì)化，La從0.05 wt.％增加到0.5 wt.％，鑄態(tài)晶粒尺寸由2.5 mm減小到1.1mm。鑄態(tài)組織中除α-Cu相外，還有LaSi2、 LaNi3和LaCu2相。隨La量增加，含稀土的第二相逐漸由球狀變?yōu)殚L條狀或塊狀，尺寸由3～5μm增加到10～12μm。Cu-Ni-Si合金中添加0.1 wt.％ La時(shí)，鑄態(tài)合金抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率達(dá)到峰值，分別為4

5、30 MPa和17.15％。添加La后，析出順序以及析出相類型發(fā)生了變化。La含量0.1 wt.％的合金在430℃時(shí)效0.5 h后，析出相主要為Ni3Si，并與基體存在共格關(guān)系;時(shí)效2h后，合金中除Ni3Si相外，還生成了LaNi3、LaSi2及Ni2Si相，其中Ni3Si和Ni2Si相與基體保持共格關(guān)系，合金處于峰時(shí)效狀態(tài)。
　　3、Cu-Ni-Si合金中添加稀土氧化物L(fēng)SMO后可促進(jìn)等軸晶形成，當(dāng)LSMO量為0.1 wt.％和

6、0.2 wt.％時(shí)，鑄錠中心存在大量等軸晶。LSMO在鑄態(tài)合金中的分布與加入量有關(guān)，加入量0.1 wt.％時(shí)，LSMO主要聚集在枝晶交界處，加入量0.5 wt.％時(shí)，LSMO在晶粒和晶界處均有分布。LSMO加入量0.1 wt.％時(shí)，鑄態(tài)合金具有最佳的塑性變形能力，與未加LSMO的合金相比，其斷后伸長率為22.8％，提高71.4％;抗拉強(qiáng)度為382 MPa，略有下降。對(duì)加入LSM00.1 wt.％的合金進(jìn)行大變形量冷軋(78％)，結(jié)果顯示