新型銅硅合金材料的制備及組織性能的研究.pdf

1、銅基彈性合金具有優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱及力學(xué)性能,在醫(yī)療、航天航海導(dǎo)航儀器、電子電力和儀表制造等行業(yè)中,被廣泛用于制造各種載流彈性元件、接觸彈簧、開關(guān)、轉(zhuǎn)換器、端子類元件。本文采用鑄錠冶金法制備了Cu-Si-Ni合金,通過差熱分析(DSC)、硬度測試、室溫拉伸、電導(dǎo)率測定、X射線物相分析(XRD)、金相(OM)和電子顯微分析(SEM)等方法研究了不同加工工藝和熱處理工藝對Cu-3Si-2Ni合金力學(xué)性能、導(dǎo)電性能及其組織結(jié)構(gòu)的影響和變化規(guī)律,并

2、從理論上進行了分析和解釋。研究結(jié)果表明:
　　(1)Cu-3Si-2Ni合金鑄錠均勻化過程中,合金顯微組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化:鑄錠中的枝晶組織和非平衡共晶組織隨均勻化溫度的升高和時間的延長而消失,合金的硬度值也隨之下降且性能更為均勻。利用Fick第一定律對合金均勻化過程進行了動力學(xué)研究,并對均勻化過程中合金元素的擴散現(xiàn)象進行了解釋。根據(jù)實驗和理論計算,得到該合金較合適的均勻化退火工藝為900℃×4h。
　　(2)熱軋態(tài)樣品經(jīng)

3、固溶處理后,加工硬化消除,硬度和強度明顯下降,基體軟化,塑性提高。固溶后合金組織為α-Cu基體。固溶溫度對合金性能的影響要大于固溶時間。Cu-3Si-2Ni合金的較合理固溶處理工藝為900℃×45min。
　　(3)Cu-3Si-3Ni合金是時效強化型合金,固溶處理后的合金,再進行時效處理可以進一步改善該合金性能。時效過程中過飽和固溶體分解析出第二相Ni2Si,引起沉淀強化及固溶元素在基體中的貧化,使合金的硬度、強度和電導(dǎo)率提高。

4、Cu-3Si-2Ni合金的較合適時效處理工藝為450℃×2h。
　　(4)Cu-3Si-2Ni合金時效過程中電導(dǎo)率的增加量同第二相的析出量存在著線性關(guān)系,通過測量電導(dǎo)率在時效過程中的變化就可以反映出合金的第二相析出過程。由電導(dǎo)率與第二相析出的體積分數(shù)之間的線性關(guān)系得出,在450℃下合金時效時的Avrami動力學(xué)經(jīng)驗方程為:f=1-exp(-0.5085t0.4156);450℃時效的電導(dǎo)率方程:σ=7.4+0.81(1-exp(-

5、0.5085t0.4156))
　　(5)形變熱處理(固溶-冷變形-時效)工藝可大大提高合金時效后的最終強度,并且對電導(dǎo)率影響很小。所研究合金的強化機制包括固溶強化、加工硬化及析出強化。
　　(6)在本論文實驗條件下,合金綜合性能較好的熱處理工藝為900℃×45min固溶水淬+60％冷變形+450℃×2h時效空冷,合金的力學(xué)和電學(xué)性能可達:σb=516.94MPa,σ0.2=471.81MPa,δ=3.91%,σ=8.1%I