高性能Cu-1.6Ni-1.2Co-0.6Si合金的组织和性能研究

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利用力学性能测试、导电性能测试、金相显微观察、X射线衍射仪、带有能谱仪和背散射电子探测装置的扫描电子显微镜、透射电子显微镜以及三维原子探针分析技术等手段,研究了 Cu-1.6Ni-1.2Co-0.6Si合金在不同变形热处理工艺下的力学性能、导电性能、显微组织结构、时效析出行为和应力松弛行为,得出以下结论:(1)Cu-1.6Ni-1.2Co-0.6Si合金的最佳加工热处理工艺为:固溶处理(950℃×10min)+淬冷+预时效(500℃×2h)+冷轧变形50%+二次时效(350℃×12 h)。最终合金硬度达到253.43 HV,导电率46.21%IACS。二次时效合金相比预时效合金,硬度提高了 56.58 HV,导电率上升了11.09%IACS。二次时效合金的弹性模量达到126.32 GPa,延伸率为4.68%,抗拉强度为820.46 MPa,屈服极限为619.84 MPa,各项力学性能指标均优于预时效合金。(2)Cu-1.6Ni-1.2Co-0.6Si合金的一次析出相与二次时效析出相具有相同的结构和组成,都是正交结构的(Ni,Co)2Si。通过元素成分分析确定了其各元素成分比为Ni:Co:Si=1:1:1,故可表示为δ-NiCoSi。析出相与铜基体之间的位向关系为:(001)Cu//(001)p,[110]Cu//[010]p。(3)经二次时效的Cu-1.6Ni-1.2Co-0.6Si合金相较于只经过一次时效的,其析出相分布更密集、尺寸更细小。二次时效后合金性能的提高主要是由这些细小密集的强化相的所贡献。这是由于二次时效合金位错密度更高,为溶质原子提供扩散的快速通道,析出相形核能降低,从而弥散形核。同时,由于时效温度更低,元素扩散系数低,抑制了析出相长大,因此二次时效析出相更细小。(4)Cu-1.6Ni-1.2Co-0.6Si合金在350℃二次时效的导电率变化方程和相变动力学方程,分别为:σ=29.5+23.43(1-exp(-0.0515t0.515))和f=1-exp(-0.0515t0.515)。(5)经二次时效的Cu-1.6Ni-0.6Si-1.2Co合金在25℃~150℃之间应力松弛,其各阶段的应力松弛率均低于只经一次时效的,说明二次时效合金的抗应力松弛稳定性优于一次时效合金。根据Maxwell粘弹性理论,推导出了经二次时效的Cu-1.6Ni-0.6Si-1.2Co合金在应力松弛过程中剩余应力随时间的变化关系公式:第一阶段(0h~5h)1nσ=6.204-7.14*10-3t;第二阶段(>5h)lnσ-5.876-7.88*10-5t。
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