论文部分内容阅读
本论文采用熔铸法制备了Cu-8.0Ni-1.8Si和Cu-8.0Ni-1.8Si-0.6Sn-0.15Mg两种Cu-Ni-Si系铜合金。首次采用了Miedema二元合金生成热模型和Toop非对称几何模型，结合相关的热力学数据，对Cu-Ni-Si三元合金熔体1450℃时的生成热HE、过剩自由能GE、过剩熵SE以及在该温度下各组元之间的活度系数等热力学性质进行了计算。借助Gleeble-1500热模拟实验机对经过均匀化处理后的Cu-8.0Ni-1.8Si合金的高温压缩加工工艺性能进行了模拟研究。利用光学显微镜、透射电子显微镜对合金时效过程中组织结构进行了研究，并采用电阻仪、硬度计等对其导电性能和力学性能进行了测试。最后还测试了Cu-8.0Ni-1.8Si和Cu-8.0Ni-1.8Si-0.6Sn-0.15Mg两种材料的抗应力松弛性能。得到的主要结论如下：
1.Cu-Ni-Si三元合金熔体(1450℃)的生成热、过剩熵和过剩自由能三者的最小值均出现在XCu＝0 wt％，XNi＝52.5 wt％，XSi＝47.5 wt％成分处；最大值出现在XCu＝50 wt％，XNi＝50 wt％，XSi＝0 wt％处。且其组元活度交互作用系数分别为：Inγ(?)＝-0.0016；ε(?)＝-0.0026；ε(?)＝0.0080；p(?)＝-0.0097；p(?)＝-0.0015；p(?)＝-0.0020。
2.Cu-8.0Ni-1.8Si-合金高温压缩变形时，其高温变形是一个热激活过程，且峰值屈服应力与应变速率之间满足ε＝A[sinh(ασ)]nexp(-Q/(RT))双曲正弦关系。峰值屈服应力与温度之间的In[sin(ασ)]-T-1曲线满足线性关系。其峰值屈服应力与应变速率以及温度之间的本构方程为：ε＝[sin(0.0987296σ)]1444exp(lnA-(82.7485/RT))，高温压缩变形时的激活能Q为782.7485kJ/mol。
3.Cu-8.0Ni-1.8Si合金经固溶处理后，在时效过程中，其显微硬度在时效早期(t＜30min)随着时效时间的延长而迅速上升，然后随时效时间下降(30min＜t＜90min)，继续延长保温时间(t＞90min)，合金的硬度又逐渐上升。合金的电导率与时效时间满足Avrami经验方程：在时效温度为450℃时为σ＝20.00＋10.53(1-exp(-0.001927t1.31892))，在时效温度为500℃时则为σ＝20.00＋11.05(1-exp(-0.087862t068563))。且其对应的相变动力学经验方程分别为：f＝1-exp(-0.001927t1.31892)和f＝1-exp(-0.087862t068563)。
4.Cu-8.0Ni-1.8Si合金的时效过程析出序列为：调幅分解→β-Ni3Si粒子有序化析出→δ-Ni2Si析出沉淀。两种析出相与基体的取向关系为：(110)m//(110)β//(21-1)δ，[11-2]m//[1-12]β//[324]δ。
5.Cu-8.0Ni-1.8Si合金和Cu-8.0Ni-1.8Si-0.6Sn-0.15Mg合金的应力松弛过程分为两个阶段：早期阶段，应力松弛较快，松弛量占总松弛量的90％；后期阶段，应力松弛较慢，基本趋于稳定的平台期。根据线性回归得到Cu-8.0Ni-1.8Si合金和Cu-8.0Ni-1.8Si-0.6Sn-0.15Mg合金的应力松弛变化规律方程分别为：lg(X/X0)＝0.338T(11＋lgt)×10-3-2.23和lg(X/X0)＝0.258T(26＋lgt)×10-3-3.37。当工作环境温度为50℃、可接受应力松弛量为20％时两种合金的使用寿命分别为44年和67年。适量添加Mg能钉扎气团，并显著提高Cu-Ni-Si合金的应力松弛性能。