CuNiSi合金作为一种典型的时效强化合金,兼具良好的强度和导电性能,是一种极具工业前景的引线框架材料。目前对CuNiSi合金的研究集中在通过成分设计、不同形变方法和时效热处理工艺的组合来提高其综合性能。本文选择Cu-2.0Ni-0.5Si(wt.%)合金作为研究对象,研究在室温轧制和低温轧制两种不同的工艺条件下,不同Cr、Zr元素含量(0.15 wt.%Zr、0.3 wt.%Cr、0.15 wt.%Cr + 0.15 wt.%Zr)对 CuNiSi 合金组织、性能和时效行为的影响规律,并通过双级时效工艺进一步提高其综合性能。此外,本文还利用同步辐射X射线衍射技术研究了不同轧制工艺及合金元素Cr和Zr对低温轧制CuNiSi合金时效析出行为的影响规律。获得如下研究结果:在CuNiSi合金的凝固过程,Cr和Zr元素分别生成Cr3Si和Ni2SiZr颗粒,细化CuNiSi合金的组织。在均匀化退火和固溶处理过程中,CuNiSi合金中的枝晶组织转变为含有退火孪晶的等轴晶粒,Cr3Si和Ni2SiZr颗粒能够通过Zener力钉扎晶界,抑制晶粒长大,从而细化均匀化退火和固溶处理后CuNiSi合金的组织。对于室温轧制的CuNiSi合金,Cr和Zr元素的加入对其轧制态和时效态组织都有一定的细化作用。Zr元素的加入还可以降低CuNiSi合金的层错能,促进变形孪晶的形成。在时效过程中,Cr和Zr元素的加入均可以提高CuNiSi合金的电导率;Cr元素的加入可以提高CuNiSi合金的强度,而Zr元素的加入则会提高CuNiSi合金延伸率,降低其强度。Cr3Si和Ni2SiZr颗粒在断裂过程中可以充当韧窝的形核质点,使CuNiSi合金的断裂方式由准解理断裂转变为韧性断裂。与室温轧制(505 MPa)相比,低温轧制后的CuNiSi合金强度明显提高(610MPa)。利用同步辐射X射线原位衍射对CuNiSi合金的时效过程进行研究,发现低温轧制能够提高CuNiSi合金的位错密度,促进δ-Ni2Si相的时效析出,提高CuNiSi合金的电导率。此外,低温轧制的CuNiSi合金在时效过程中会发生再结晶,位错密度迅速降低,δ-Ni2Si相析出方式由连续析出变为不连续析出,导致CuNiSi合金强度降低。对于低温轧制的CuNiSi合金,Cr和Zr元素的加入能够减小合金中变形孪晶的片层间距,细化孪晶组织,同时提高变形带和亚晶粒等变形组织的含量。Cr元素能够抑制析出相长大,阻碍时效过程中的再结晶和不连续析出,提高CuNiSi合金的强度,降低电导率;Zr元素的加入可以促进δ-Ni2Si相的长大和析出,提高CuNiSi合金的电导率和延伸率,降低合金强度。经低温轧制-双级时效处理后,CuNiSiCrZr合金的综合性能最好,其抗拉强度、延伸率和电导率分别为672 MPa、13.7%和57.6%IACS。为了研究Cr和Zr元素对CuNiSi时效析出过程的影响,本文中利用Modified William-Hall方程对低温轧制CuNiSi-(Cr,Zr)合金在时效过程中的位错密度进行了计算,并结合组织演变和性能变化进行分析。在低温轧制CuNiSi合金时效过程的初期,δ-Ni2Si相通过非均匀形核析出,且非均匀形核质点数目由位错密度的高低决定。Cr元素能够提高CuNiSi合金的位错密度,增加δ-Ni2Si相的形核质点数目,促进δ-Ni2Si相的形核,进而促进CuNiSi合金的时效析出;Zr元素则会降低CuNiSi合金的位错密度,减少δ-Ni2Si相的形核质点数目,减缓CuNiSi合金的时效析出。在低温轧制CuNiSi合金时效过程的中后期,析出相,的长大对其析出过程起主导作用。Cr元素能够抑制低温轧制CuNiSi合金中δ-Ni2Si析出相的长大,减缓CuNiSi合金的时效析出;而Zr元素会促进低温轧制CuNiSi合金中δ-Ni2Si析出相的长大,促进CuNiSi合金的时效析出。基于上述研究,本文成功地将低温轧制应用于CuNiSi合金的制备过程中,并通过合金化元素Cr和Zr对CuNiSi合金的组织和析出行为进行调控,开发了一种同时提高CuNi,Si合金强度和电导率的低温轧制+双级时效工艺。采用此工艺制备的CuNiSiCrZr合金强度和电导率与低温轧制态和低温轧制单级时效态相比,分别提高了 4 MPa、37.5%IACS和47 MPa、8%IACS。此外,本文还利用同步辐射X射线原位衍射技术阐明了低温轧制对CuNiSi合金时效行为的影响机制,并使用Modified William-Hall方程对位错密度进行了定量计算,将同步辐射衍射技术引入铜合金相变析出领域的研究,有助于推动同步辐射在铜合金研究中的应用。