变形对铝青铜中α+γ2→ß相变的影响

HEATS

　　铝青铜具有较高的强度和优良的导电性、导热性能，已在水暖、机械和电气等方面得到广泛的应用。由于铝青铜在一定的温度下能发生相变，而一些铝青铜制作的零件常常在一定温度下服役，这势必造成零件因表面局部过热而发生相变，从而影响其的物理及力学性能。因此，弄清铝青铜的相变过程对控制该合金的显微组织，以及预防合金的性能发生改变有着重要的理论与实际意义[1-4]。由于一些铝青铜制备的零件是在一定的变形条件下服役的，而关于变形对铝青铜中的相变影响的研究报道较少。为此，本文采用dsc法测试了铝青铜组织中α+γ2→ß相变温度、相变时间及相变激活能，并探讨了变形对其相变参数的影响。1试验材料与方法实验材料为铝青铜，其化学成分(质量分数,w%)为：87.62cu，11.81al，0.16bi，0.41其余。试验材料在真空中频感应炉中熔炼，然后在石墨模中浇注成棒料。将试样在we-60万能材料试验机进行冷压变形，其变形量80%。用sta449c热分析仪对未变形和80%变形样品进行热分析(dsc)，其加热温度为800℃，升温速率分别为5℃/min、10℃/min和20℃/min。根据dsc曲线图测试铝青铜组织中α+γ2→ß相变温度和相变时间。用kissinger[5]方程：ln(b.t-2)=-ec(r.t)-1+constant—————————————(1)和deloy小泽大夫方程[6] logb= logae[rf(x)]-1-2.315-04567ex (r.t)-1 —————————————(2)分别作ln(b.t-2)─t-1及logb─t-1关系图，由最小二乘法得到二直线的斜率，由此计算出合金相变表观激活能ec及合金相变阶段激活能ex。式中：b为升温速度，f(x)为相变函数，t为温度，r为气体常数，a为频率因子，xi为合金相变的体积分数)，xi由下式计算：xi= si / s，其中：si为相变相从相变开始到相变某一温度下的dsc曲线上吸热峰面积，s为相变相从相变开始到相变结束时dsc曲线上吸热峰总面积。当x为常数时，logae[rf(x)]-1为常数。2试验结果与分析 2.1恒速升温相变从恒速升温速率的dsc曲线可以看出，该合金以升温速度5℃/min、10℃/min、20℃/min时，在曲线上有一个吸热峰。结合文献[7]经分析可知，dsc曲线上的吸热峰是由于该合金组织中α+γ2→ß所致，其中α为cu相，γ2为al4cu9，ß为alcu3。由dsc曲线(图1)还可以看出，变形能降低相变温度，缩短相变时间，以5℃/min的速度升温为例，其起始相变温度和相变时间分别减少了1.09℃和12s，这说明变形能加速了铝青铜中α+γ2→ß的转变。根据dsc曲线可得到铝青铜中α(cu)+γ2(al4cu9)→ß(alcu3)的转变的起始温度、峰值温度、结束温度以及相变时间，其结果分别示于表1和表2。表1不同升温速率下的α(cu)+γ2(al4cu9)→ß(alcu3)的相变温度升温速率(℃/min)起始温度(℃)未变形 80%变形峰值温度(℃)未变形 80%变形结束温度(℃)未变形 80%变形5561.1 560.01572.50 571.48586.51 584.42 10562.12 561.27575.14 574.21593.75 591.16 20563.06 562.12579.52 578.61598.80 596.45

& q! ^( J& }8 k i

　　表2不同条件下α(cu)+γ2(al4cu9)→ß(alcu3)相变时间(s)试样状态

　　升温速率(℃/min)

. e( J+ L ~9 \! H2 h

　　5 10 20未变形304.9187.8107.280%变形292.9179.3102.92.2相变激活能由dsc曲线可获得到不同条件下铝青铜组织中α(cu)+γ2(al4cu9)→ß(alcu3)相变体积分数为50%时所对应温度值(见表3)。根据表1和表3数据作出不同升温速率下相变峰值时ln(b.t-2)─t-1和相变体积分数为50%时所对应温度的logb─t-1关系曲线图2和图3，可见ln(b.t-2)─t-1和logb─t-1基本呈直线关系。表3不同条件下相变体积分数为50%时所对应温度值(℃)试样状态

　　升温速率(℃/min)

$ H' L! p6 ?* ?/ W

　　5 10 20未变形572.79575.59579.4380%变形571.5574.85578.52由公式(1)分别计算出未变形与80%变形铝青铜中α+γ2→ß相变表观激活能分别为1145.75kj/mol和1127.70kj/mol；由公式(2)分别计算出未变形与80%变形铝青铜中α(cu)+γ2(al4cu9)→ß(alcu3)相变体积分数为50%时的相变激活能分别为1180.31kj/mol和1121.55kj/mol。可以看出，变形能降低铝青铜中α(cu)+γ2(al4cu9)→ß(alcu3)相变激活能，这意味着变形能减少了α(cu)+γ2(al4cu9)→ß(alcu3)相变所消耗的能垒，使相变进行的更容易。铝青铜组织中α+γ2→ß的相变属于成核、生长型一类的相变，是通过原子的扩散方式进行的。铝青铜组织中空位及位错等缺陷越多，cu和al原子的扩散通道越多，且原子在扩散过程中的阻力越小，越利于相变的进行。由金相观察(图4)可以看出，铝青铜经80%变形后组织中组成相呈条状分布，同时，变形能增加铝青铜组织中的空位、位错等缺陷[8]，致使原子扩散容易，其结果促进了相变。3结论铝青铜以5℃/min升温时，α+γ2→ß相变开始温度为726.74℃，相变时间为304.9s，相变表观激活能为1145.75kj/mol；当铝青铜经80%变形后，相变开始温度、相变时间及相变表观激活能分别降低1.09℃、12s和18.05kj/mol。变形有利于铝青铜中α+γ2→ß相变的进行。参考文献[1]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[j].材料热处理学报, 2002, 23(4):1-5.[2]戚正风.金属热处理原理[m].北京:机械工业出版社, 1987,21.[3]张斌,张鸿冰.形变奥氏体→铁素体转变的动力学研究[j].上海交通大学学报, 2003, 37(12):1831-1834.[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变塑性影响的研究[j].金属学报,1999,35(11):1125-1129.[5] liu jianhua, li wei, chen yan. effects of zr on crystallization kinetics of pr-fe-b amorphous alloys[j]. trans. nonferrous met. soc. china, 2002,12(3):466-469[6] zeng xianwen. transformation kinetics of pearlite to austenite in low alloy steel containing re[j].journal of rare earths, 2005,23(suppl):434-436.[7]王祝堂.铜合金及其加工手册[m].长沙,中南大学出版社, 2002.5.

1 k$ V) l; w4 h0 M* X( l G