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(cè)試、室溫拉伸、電導(dǎo)率測(cè)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(duì)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(jìn)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(shí)間的延長(zhǎng)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(duì)合金均勻化過程進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)研究,并對(duì)均勻化過程中合金元素的擴(kuò)散現(xiàn)象進(jìn)行了解釋。根據(jù)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)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(qiáng)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(duì)合金性能的影響要大于固溶時(shí)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(shí)效強(qiáng)化型合金,固溶處理后的合金,再進(jìn)行時(shí)效處理可以進(jìn)一步改善該合金性能。時(shí)效過程中過飽和固溶體分解析出第二相Ni2Si,引起沉淀強(qiáng)化及固溶元素在基體中的貧化,使合金的硬度、強(qiáng)度和電導(dǎo)率提高。

4、Cu-3Si-2Ni合金的較合適時(shí)效處理工藝為450℃×2h。
　　(4)Cu-3Si-2Ni合金時(shí)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(cè)量電導(dǎo)率在時(shí)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?jǐn)?shù)之間的線性關(guān)系得出,在450℃下合金時(shí)效時(shí)的Avrami動(dòng)力學(xué)經(jīng)驗(yàn)方程為:f=1-exp(-0.5085t0.4156);450℃時(shí)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(shí)效)工藝可大大提高合金時(shí)效后的最終強(qiáng)度,并且對(duì)電導(dǎo)率影響很小。所研究合金的強(qiáng)化機(jī)制包括固溶強(qiáng)化、加工硬化及析出強(qiáng)化。
　　(6)在本論文實(shí)驗(yàn)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(shí)效空冷,合金的力學(xué)和電學(xué)性能可達(dá):σb=516.94MPa,σ0.2=471.81MPa,δ=3.91%,σ=8.1%I