论文部分内容阅读
随着现代工业和信息产业的迅猛发展,对高强导电铜合金需求显著增加,对材料综合性能也提出了更高的要求。时效强化型Cu-Ni-Si合金被认为是最具发展潜力的高强导电材料之一,亟需进一步开发。提高Cu-Ni-Si合金中Ni、Si含量,增加析出相的数量,可以达到进一步强化效果,但Ni、Si含量过高时容易在合金组织中形成网状晶界相,对导电性能产生较大的损伤。本文以所在团队前期研究确定的性能最优的Cu-8.33Ni-1.67Si合金为研究对象,旨在通过多向热锻、多向冷压等大塑性变形技术并匹配合理的热处理工艺,协同调控Cu-Ni-Si合金显微组织,特别是晶界上的网状金属间化合物,以期达到同时提高力学性能和导电性能的目的。获得的主要结论如下:(1)利用萃取法,并通过SEM、TEM及XRD等表征结果分析,明确了有争议的Cu-Ni-Si铸态显微组织中Ni-Si金属间化合物的相组成,即网状晶界相为Ni31Si12,晶内沉淀析出相为Ni2Si颗粒。(2)基于Arrhenius本构模型,建立了含有应变效应参数的Cu-Ni-Si合金本构方程,并根据动态材料模型和Prasad失稳准则,计算并绘制了 Cu-Ni-Si合金的热加工图,确定了合金的适宜热变形工艺参数范围为变形温度810～890℃、应变速率0.01～0.1s-1。(3)通过Cu-Ni-Si合金真应力-应变曲线计算了应变硬化率,并依据-(?)θ/(?)σ-σ曲线的最小值判据以及应变速率的Zener-Hollomon参数温度补偿因子,获得了动态再结晶发生的临界应变条件,建立了合金的动态再结晶晶粒生长模型。(4)多向热锻碎化了铸态合金Ni31Si12网状晶界相,最终形成了平均直径为0.62μm的球形颗粒,以及少量未完全破坏的短棒状或椭球状颗粒;并促使Ni2Si相发生了快速分解和固溶。网状晶界相的破碎有利于合金导电率的提高,但Ni2Si相的固溶会大幅降低导电率,而这两种组织变化特征均可有效提高材料的强度,故合金的导电率随热锻道次的增加先提高后降低,而硬度则持续增加。(5)多向冷压在固溶态Cu-Ni-Si合金中形成大量相互交割的变形带,累积应变达到6.4时,获得了带有大量变形缺陷、平均晶粒尺度为0.35μm的超细晶组织,硬度和导电率分别为261.3HV和8.72%IACS。与固溶态合金相比,硬度提升了39.87%,导电率降低了 37.36%。(6)经累积应变9.6多向热锻+950℃/4h固溶处理+累积应变6.4多向冷压的合金时效过程中,初期Ni-Si系化合物弥散析出导致硬度和导电率快速上升,随后Cu基体晶粒和析出相粗化且变形组织减少导致硬度显著下降,导电率则缓慢增长后再降低,硬度在450℃/0.5h时达到峰值302HV,导电率则在500℃/8h时达到峰值49.6%IACS。Cu-8.33Ni-1.67Si合金在400℃/8h时综合性能最优:硬度269.9HV、抗拉强度899.8MPa、断后伸长率13.1%、导电率39.8%IACS。(7)建立了沉淀相析出的相变动力学转变方程和导电率方程。多向冷压形成的高密度形变缺陷加速了 Ni、Si原子扩散和Ni-Si系化合物析出进程,Cu-Ni-Si合金时效表观激活能大幅降低。