CuBiAl合金相变动力学研究

材料热处理(~mCubial合金相变动力学研究于昆1,王宽(1.秦皇岛职业技术学院机电工程系,河北秦皇岛06100;2.河北科技师范学院,河北秦皇岛06604摘要:采用DSC法研究了 CuBiA1合金组织中a(Cu)+ Y2(ALCug)→B(ACu)的相变动力学。结果表明,该合金以10℃min升温时的相变温度为56212℃,合金的相变表观激活能为1145.75 kI/mol,相变起始激活能为274458kJ/mol,随着相变体积分数的增加,其相变激活能逐渐减小。并在此基础上绘制了相变的体积分数与温度之间的关系曲线。关键词:CuBA1合金;DSC;相变动力学中图分类号:TG1461"1文献标识码:A文章编号:1001-3814(2007)14-0027-03YU Kun!, WANG Kuan shStudy on Phase Transformation Kinetics of CuBiAl Alloy(1. Department of Electromechanical Engineering, Qinhuangdao Vocational Technological College, Qinhuangdao066100, China; 2.Hebei Normal University of Science& Technology, Qinhuangdao 066004, China)Abstract The phase transformation(a( Cu)+Y2(ALCug)B(AlCu,)) kinetics of CuBiAl alloy was studied by themethod of DSC. The results show that the phases transformation temperature of the alloy heated in 10C /min is56212C; the apparent transformation activation energy is 1 145. 75kJ/mol and the initiative apparent transformationactivation energy is 2 744.58kJ/mol. The transformation activation energy of this alloy decreases with the increase of thevolume fraction of phase transformation. According to these results, the relationship curve between the volume fractionof phase transformation and the temperature are obtained.Key words: CuBiAl alloy; DSC phase transformation kineticsCuBiAl合金具有较高的强度和优良的导电实验材料为 CuBiAl合金,其化学成分(质量性、导热性能,可望在真空开关触头、电阻焊电极分数%)为:8762Cu,1181A,0.16Bi,其余0.41及断路器材料等方面得到广泛的应用。由于实验材料在真空中频感应炉中熔炼,然后在石墨Cubia合金在一定温度下能发生相变,而作为真模中浇注成棒料。用STA449C热分析仪对样品空开关的关键材料,如开关触头在服役过程中表进行热分析(DSC),其加热温度为800℃,升温速面局部易过热,这势必造成触头材料因相变而发率分别为5、10和20℃/mina生组织变化,从而影响其性能。因此,弄清合金的用 kissinger方程ln(B·T)=-ER·T+c计算合相变过程对控制合金的显微组织,以及预防合金金相变表观激活能E,用 Deloy小泽大夫方程性能的改变有着重要的理论与现实意义。为此,计算合金相变阶段激活能E。本文以 CuBial合金为实验材料,采用DSC法测logB=logA[RFx)]-2315-04567E, (RT)定了 CuBiAl合金相变温度,并初步探讨了式中:B为升温速度,Fx)为相变函数,为温度,RCuBA合金组织中a(Cu)+y(ACu)→B(ACu)为气体常数,A为频率因子,X为钢相变分数相变的相变动力学,所得结果对弄清 CubiA合金相量,x1由下式计算:x=S/S,其中:S为相变相从相变具有重要的指导意义,同时为该材料的研究提变开始到相变某一温度下的DSC曲线上吸热峰供一定的参考依据。面积,S为相变相从相变开始到相变结束时1实验材料与方法DSC曲线上吸热峰总面积。当X为常数时logAEIRF(a)]}为常数。分别作l(B·T)-7及中国煤化工去得到二直线的斜收稿日期:2007-01-31作者简介:于昆(1980-),女河北唐山人,助教;电话:13930341373;CNMH(活能E及合金相E-mail:panda8001@163.com变阶段激活能E。用 Neophot21光镜对不同处理《热加工工艺》2007年第36卷第14期27n材軒熟处理 Matcrial Ilcat Trcatmcnt条件下 CubiAl合金的组织进行分析。(表1),以及相变体积分数(x)与对应温度(T的关实验结果与分析系曲线(图3)。可看出,在相变初期时,a+Y2→B相变速度较慢,随温度增加,相变速度逐渐增大。21恒速升温相变由金相组织(图1)观察可见, CuBiAl合金铸表1不同升温速率下的相变温度态组织主要是a(Cu)和y2(AMCu),经800℃×lhTablel The phase transformation temperature ofCuBiAl alloy at different heating rate淬火(20℃水冷却)后获得单相针状马氏体组织,升温速率/Cmi|始温度/峰值温度/c结束温度/c这说明 CubiA1合金在0~800℃能发生组织相561.1572.5586.575.593.75563.06579.525℃/min图3不同升温速率下相变分数与温度的关系Fig. 3 The relation between transformation volumefraction and temperature at different heating rateSoHm22相变激活能根据表1和图3数据分别作出不同升温速率图1试样金相组织下相变峰值时ln(B·72-T关系和相变分数为ig. 1 Microstructure of CuBiAl alloy30%、50%及90%对应温度的logB-Tl关系曲线变。为了进一步研究相转变规律,进行了DSC实示于图4和图5,两者基本呈直线关系。由验。从恒速升温速率的DSC曲线可看出,该合金 kissinger公式计算出a(Cu)+(ALCu)→p(ACu)以5、10和20℃mim速度升温时,在曲线上有一相变表观激活能为114575Jmol。由 Deloy小泽个吸热峰,且随着升温速率的增加,吸热峰的峰温大夫公式计算出α(Cu+γ2(ALCu)→β(AlCu向高温方向移动(见图2)。结合文献[7分析可知,相变阶段激活能(E)结果示于图6,可以看到,相变DSC曲线上的吸热峰是由于该合金组织中a(Cu)初期,相变激活能(274458kJmo)较高,随相变过+y(ACu)→B(ACu)所致。根据DSC曲线可得程的进行,相变激活能逐渐降低。将相变表观激活出合金中相变的起始温度、峰值温度及结束温度5℃/min20℃/mmn1881194中国煤化工图4CNMHG7与T的关系图2不同升温速率下 CuBiAl合金的DSC曲线v peak terFig2 DSC curves of CuBiAl alloy at different heating rateat different heating rate《热加工工艺》2007年第36卷第14期材料熟处理当相变体积分数约为50%时,相变速度较快,随着相变体积分数进一步增加,旧相越来越少,单▲90%位时间内形成的新相也越来越少,故相变速度也随之逐渐减3结论115116117118(1)在本实验中, CubiA合金随升温速度的增加,a(Cu)+γ2(AlCu)→B(ACu)相变温度随之图5不同相变分数对应的1gB与T的关系Fig. 5 The logB-T- plot at different transformation升高,当升温速率为10℃/min时,相变开始温度volume fraction为562.12℃,相变结束温度为593.75℃(2) CuBiAl合金中a(Cu)+ YYdAlCug)→p(ACu)相变表观激活能为14575kJ/mo,平均 Avrami指数(n)为0.64075,其相变激活能随相变体积分数的增加而逐渐减小。参考文献[1]戚正风.金属热处理原理[M北京:机械工业出版社,1987-21.2]张斌张鸿冰形变奥氏体→铁素体转变的动力学研究门上图6相变激活能与相变体积分数的关系Fig. 6 The relation between transformation activation海交通大学学报2003,37(12):1831-1834.energy and transformation volume fraction[3]姚可夫,钱滨石,刘庄应力对珠光体相变动力学及相变塑性的影响[材料热处理学报2002,2(4):1-5能代入n=2572(△ TEWTHE,R)式中可得到平均4刘春成姚可夫高国峰应力应变对马氏体相变动力学和相Avrami指数(n)见表2,式中:△rwm为DSC吸热变塑性影响的研究[金属学报,19935(11125-1129峰的半高宽T为DSC吸热峰的峰值温度,E,为512 hang X Y, Zhang K Q. Liu J H Crystallization kinetics otam orphous Sm2(Fe, Si)/a-Fealloy[ J. Appl Phys, 2001, 89相变激活能。可以看出n为0.640.75。496-499表2不同升温速率下的平均 Avram指数[6李余增热分析[M北京:清华大学出版社1987.82Tabe2 The average Avrami index at different heating rate[王祝堂铜合金及其加工手册长沙:中南大学出版社2005升温速率℃min20[8]姜训勇刘庆锁徐惠彬一种富钛NTi薄膜的晶化动力学Avam指数(n)0.75功能材料,2002,33(4):389-390.[9]戚正风固态金属中的扩散与相变[M]北京:机械工业出版CuBA合金组织中a(Cu)+Y2(AC山)→B社,1998191-193区(AICu3)的相变属于成核、生长型一类的相变。由于晶界上原子的不规则排列,新相优先在旧相本刊声明晶界上形核,然后新相逐渐吞噬旧相,直至相变为了实现科技期刊编辑、出版发行工作的电子结束,相变过程受扩散控制鬥。由于新相成核必须化,推进科技信息交流的网络化进程,本刊已加入多种数据库(或光盘版),并通过中国期刊网(www.china满足所需要的晶体结构、成分浓度和能量起伏条ournal.net.cn)、万方数字化期刊群(www.wanfangdate件这就要求原子需要克服较高的能全才能达到形|∞ma中国电子期刊服务(wWm等多成新相的原子配比,故相变初期相变激活能较大,」种途径全文上网,凡投向本刊的稿件,均视为已同意相变速度也较慢。随着相变过程的进行,新相逐渐在各种数据库和网络上全文使用,包括:全文检索、全增多,新、旧相的相界面数量随之增加,当新相的数文浏览全文下载全文打印等。如有不同意者请投量足够多时,新相之间相互连接,由于合金中晶体稿时说明,本刊将作特殊处理。本刊付给作者的稿酬结构和成分浓度的改变,增加了原子的扩散通道含各嘏酬中国煤化工从而促进了原子的扩散过程,与这个过程相对应的CNMHG艺)编辑相变激活能逐渐减小,同时相变速度也逐渐增加,《热加工工艺》2007年第36卷第14期