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本文设计了四种Cu-Ni-Si基合金成分,运用光学金相分析(OM),透射电镜(TEM),电子束微区分析(EDAX),X射线能谱分析等多种分析和测试手段,较系统和深入地研究了合金的组织以及第二相的成分、结构、形貌、大小和分布。通过几种工艺方法试验,研究了合金元素和加工工艺对合金的强度、导电性和软化温度等性能的影响,旨在进行成分的优化和工艺的调整。
研究发现,采用合理的热处理工艺可以使Cu-3Ni-0.6Si基合金在时效过程中析出尺寸在20-40nm之间的δ-Ni2Si颗粒,从而使合金的强度和导电率达到良好的匹配。通过透射电镜(TEM)电子衍射花样发现,这种析出物与基体晶格间存在确定的位向关系:(100)基体∥(100)析出物,[012]基体∥[001]析出物。加入微量的P能有效地提高Cu-3Ni-0.6Si基合金的强度和硬度,同时使δ-Ni2Si析出颗粒的弥散度提高,尺寸减小,但会降低合金的导电率。加入少量的Cr能有效地提高Cu-3Ni-0.6Si基合金的强度和软化温度。此外,减少Cu-3Ni-0.6Si基合金中Si的含量有助于提高合金的导电率,但却降低了合金的强度。
在形变后固溶时效工艺下,研究合金随时效温度和时间的变化时发现,时效温度越高,δ-Ni2Si颗粒析出得越快,合金达到硬度峰值所需的时间就越短。到达峰值后,继续延长时效时间,析出的δ-Ni2Si随时效时间的延长不断长大,共格关系部分失落,颗粒间间距增大。同时,导电率随时效时间的延长不断地提高。根据试验结果和固态相变基本原理,推导出合金形变并固溶处理后,时效过程中导电率随时间变化的Avrami导电率动力学方程。对加工工艺调整的研究发现,在形变前进行固溶预时效能够提高合金的硬度、强度和导电率。另外,对预时效温度的研究结果表明,预时效温度的升高有利于提高合金的硬度。预时效温度越高,合金能达到的最大导电率就越大。采用优化后的加工工艺和热处理后,此合金Cu-3Ni-0.6Si-0.2Cr的性能指标为:硬度215HV,强度919MPa,导电率45IACS%,延伸率12.2%,软化温度为690℃,膨胀系数为16.64×10-6/K,显示出优良的综合性能。