材料熱處理(~mCubial合金相變動力學(xué)研究于昆1,王寬(1.秦皇島職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系,河北秦皇島06100;2.河北科技師范學(xué)院,河北秦皇島06604摘要:采用DSC法研究了 CuBiA1合金組織中a(Cu)+ Y2(ALCug)→B(ACu)的相變動力學(xué)。結(jié)果表明,該合金以10℃min升溫時的相變溫度為56212℃,合金的相變表觀激活能為1145.75 kI/mol,相變起始激活能為274458kJ/mol,隨著相變體積分?jǐn)?shù)的增加,其相變激活能逐漸減小。并在此基礎(chǔ)上繪制了相變的體積分?jǐn)?shù)與溫度之間的關(guān)系曲線。關(guān)鍵詞:CuBA1合金;DSC;相變動力學(xué)中圖分類號:TG1461"1文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號: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合金具有較高的強(qiáng)度和優(yōu)良的導(dǎo)電實驗材料為 CuBiAl合金,其化學(xué)成分(質(zhì)量性、導(dǎo)熱性能,可望在真空開關(guān)觸頭、電阻焊電極分?jǐn)?shù)%)為:8762Cu,1181A,0.16Bi,其余0.41及斷路器材料等方面得到廣泛的應(yīng)用。由于實驗材料在真空中頻感應(yīng)爐中熔煉,然后在石墨Cubia合金在一定溫度下能發(fā)生相變,而作為真模中澆注成棒料。用STA449C熱分析儀對樣品空開關(guān)的關(guān)鍵材料,如開關(guān)觸頭在服役過程中表進(jìn)行熱分析(DSC),其加熱溫度為800℃,升溫速面局部易過熱,這勢必造成觸頭材料因相變而發(fā)率分別為5、10和20℃/mina生組織變化,從而影響其性能。因此,弄清合金的用 kissinger方程ln(B·T)=-ER·T+c計算合相變過程對控制合金的顯微組織,以及預(yù)防合金金相變表觀激活能E,用 Deloy小澤大夫方程性能的改變有著重要的理論與現(xiàn)實意義。為此,計算合金相變階段激活能E。本文以 CuBial合金為實驗材料,采用DSC法測logB=logA[RFx)]-2315-04567E, (RT)定了 CuBiAl合金相變溫度,并初步探討了式中:B為升溫速度,Fx)為相變函數(shù),為溫度,RCuBA合金組織中a(Cu)+y(ACu)→B(ACu)為氣體常數(shù),A為頻率因子,X為鋼相變分?jǐn)?shù)相變的相變動力學(xué),所得結(jié)果對弄清 CubiA合金相量,x1由下式計算:x=S/S,其中:S為相變相從相變具有重要的指導(dǎo)意義,同時為該材料的研究提變開始到相變某一溫度下的DSC曲線上吸熱峰供一定的參考依據(jù)。面積,S為相變相從相變開始到相變結(jié)束時1實驗材料與方法DSC曲線上吸熱峰總面積。當(dāng)X為常數(shù)時logAEIRF(a)]}為常數(shù)。分別作l(B·T)-7及中國煤化工去得到二直線的斜收稿日期:2007-01-31作者簡介:于昆(1980-),女河北唐山人,助教;電話:13930341373;CNMH(活能E及合金相E-mail:panda8001@163.com變階段激活能E。用 Neophot21光鏡對不同處理《熱加工工藝》2007年第36卷第14期27n材軒熟處理 Matcrial Ilcat Trcatmcnt條件下 CubiAl合金的組織進(jìn)行分析。(表1),以及相變體積分?jǐn)?shù)(x)與對應(yīng)溫度(T的關(guān)實驗結(jié)果與分析系曲線(圖3)。可看出,在相變初期時,a+Y2→B相變速度較慢,隨溫度增加,相變速度逐漸增大。21恒速升溫相變由金相組織(圖1)觀察可見, CuBiAl合金鑄表1不同升溫速率下的相變溫度態(tài)組織主要是a(Cu)和y2(AMCu),經(jīng)800℃×lhTablel The phase transformation temperature ofCuBiAl alloy at different heating rate淬火(20℃水冷卻)后獲得單相針狀馬氏體組織,升溫速率/Cmi|始溫度/峰值溫度/c結(jié)束溫度/c這說明 CubiA1合金在0~800℃能發(fā)生組織相561.1572.5586.575.593.75563.06579.525℃/min圖3不同升溫速率下相變分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系Fig. 3 The relation between transformation volumefraction and temperature at different heating rateSoHm22相變激活能根據(jù)表1和圖3數(shù)據(jù)分別作出不同升溫速率圖1試樣金相組織下相變峰值時ln(B·72-T關(guān)系和相變分?jǐn)?shù)為ig. 1 Microstructure of CuBiAl alloy30%、50%及90%對應(yīng)溫度的logB-Tl關(guān)系曲線變。為了進(jìn)一步研究相轉(zhuǎn)變規(guī)律,進(jìn)行了DSC實示于圖4和圖5,兩者基本呈直線關(guān)系。由驗。從恒速升溫速率的DSC曲線可看出,該合金 kissinger公式計算出a(Cu)+(ALCu)→p(ACu)以5、10和20℃mim速度升溫時,在曲線上有一相變表觀激活能為114575Jmol。由 Deloy小澤個吸熱峰,且隨著升溫速率的增加,吸熱峰的峰溫大夫公式計算出α(Cu+γ2(ALCu)→β(AlCu向高溫方向移動(見圖2)。結(jié)合文獻(xiàn)[7分析可知,相變階段激活能(E)結(jié)果示于圖6,可以看到,相變DSC曲線上的吸熱峰是由于該合金組織中a(Cu)初期,相變激活能(274458kJmo)較高,隨相變過+y(ACu)→B(ACu)所致。根據(jù)DSC曲線可得程的進(jìn)行,相變激活能逐漸降低。將相變表觀激活出合金中相變的起始溫度、峰值溫度及結(jié)束溫度5℃/min20℃/mmn1881194中國煤化工圖4CNMHG7與T的關(guān)系圖2不同升溫速率下 CuBiAl合金的DSC曲線v peak terFig2 DSC curves of CuBiAl alloy at different heating rateat different heating rate《熱加工工藝》2007年第36卷第14期材料熟處理當(dāng)相變體積分?jǐn)?shù)約為50%時,相變速度較快,隨著相變體積分?jǐn)?shù)進(jìn)一步增加,舊相越來越少,單▲90%位時間內(nèi)形成的新相也越來越少,故相變速度也隨之逐漸減3結(jié)論115116117118(1)在本實驗中, CubiA合金隨升溫速度的增加,a(Cu)+γ2(AlCu)→B(ACu)相變溫度隨之圖5不同相變分?jǐn)?shù)對應(yīng)的1gB與T的關(guān)系Fig. 5 The logB-T- plot at different transformation升高,當(dāng)升溫速率為10℃/min時,相變開始溫度volume fraction為562.12℃,相變結(jié)束溫度為593.75℃(2) CuBiAl合金中a(Cu)+ YYdAlCug)→p(ACu)相變表觀激活能為14575kJ/mo,平均 Avrami指數(shù)(n)為0.64075,其相變激活能隨相變體積分?jǐn)?shù)的增加而逐漸減小。參考文獻(xiàn)[1]戚正風(fēng).金屬熱處理原理[M北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1987-21.2]張斌張鴻冰形變奧氏體→鐵素體轉(zhuǎn)變的動力學(xué)研究門上圖6相變激活能與相變體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系Fig. 6 The relation between transformation activation海交通大學(xué)學(xué)報2003,37(12):1831-1834.energy and transformation volume fraction[3]姚可夫,錢濱石,劉莊應(yīng)力對珠光體相變動力學(xué)及相變塑性的影響[材料熱處理學(xué)報2002,2(4):1-5能代入n=2572(△ TEWTHE,R)式中可得到平均4劉春成姚可夫高國峰應(yīng)力應(yīng)變對馬氏體相變動力學(xué)和相Avrami指數(shù)(n)見表2,式中:△rwm為DSC吸熱變塑性影響的研究[金屬學(xué)報,19935(11125-1129峰的半高寬T為DSC吸熱峰的峰值溫度,E,為512 hang X Y, Zhang K Q. Liu J H Crystallization kinetics otam orphous Sm2(Fe, Si)/a-Fealloy[ J. Appl Phys, 2001, 89相變激活能?？梢钥闯鰊為0.640.75。496-499表2不同升溫速率下的平均 Avram指數(shù)[6李余增熱分析[M北京:清華大學(xué)出版社1987.82Tabe2 The average Avrami index at different heating rate[王祝堂銅合金及其加工手冊長沙:中南大學(xué)出版社2005升溫速率℃min20[8]姜訓(xùn)勇劉慶鎖徐惠彬一種富鈦NTi薄膜的晶化動力學(xué)Avam指數(shù)(n)0.75功能材料,2002,33(4):389-390.[9]戚正風(fēng)固態(tài)金屬中的擴(kuò)散與相變[M]北京:機(jī)械工業(yè)出版CuBA合金組織中a(Cu)+Y2(AC山)→B社,1998191-193區(qū)(AICu3)的相變屬于成核、生長型一類的相變。由于晶界上原子的不規(guī)則排列,新相優(yōu)先在舊相本刊聲明晶界上形核,然后新相逐漸吞噬舊相,直至相變?yōu)榱藢崿F(xiàn)科技期刊編輯、出版發(fā)行工作的電子結(jié)束,相變過程受擴(kuò)散控制鬥。由于新相成核必須化,推進(jìn)科技信息交流的網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程,本刊已加入多種數(shù)據(jù)庫(或光盤版),并通過中國期刊網(wǎng)(www.china滿足所需要的晶體結(jié)構(gòu)、成分濃度和能量起伏條ournal.net.cn)、萬方數(shù)字化期刊群(www.wanfangdate件這就要求原子需要克服較高的能全才能達(dá)到形|∞ma中國電子期刊服務(wù)(wWm等多成新相的原子配比,故相變初期相變激活能較大,」種途徑全文上網(wǎng),凡投向本刊的稿件,均視為已同意相變速度也較慢。隨著相變過程的進(jìn)行,新相逐漸在各種數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)上全文使用,包括:全文檢索、全增多,新、舊相的相界面數(shù)量隨之增加,當(dāng)新相的數(shù)文瀏覽全文下載全文打印等。如有不同意者請投量足夠多時,新相之間相互連接,由于合金中晶體稿時說明,本刊將作特殊處理。本刊付給作者的稿酬結(jié)構(gòu)和成分濃度的改變,增加了原子的擴(kuò)散通道含各嘏酬中國煤化工從而促進(jìn)了原子的擴(kuò)散過程,與這個過程相對應(yīng)的CNMHG藝)編輯相變激活能逐漸減小,同時相變速度也逐漸增加,《熱加工工藝》2007年第36卷第14期