Au-7.5Ni-1.5Cu合金的变形行为、微观结构表征及其动态再结晶机制

《Materials & Design》：Deformation behavior, microstructure characterization, and dynamic recrystallization mechanism of Au-7.5Ni-1.5Cu alloy

Au-7.5Ni-1.5Cu合金的热压缩行为研究表明，通过建立基于Arrhenius方程的Zener-Hollomon参数的本构模型，结合动态材料模型（DMM）开发了热加工图，优化参数为800–840℃、0.01–0.04 s?1，并验证了动态再结晶（DRX）模型的有效性，通过EBSD和OM观察揭示了晶界迁移、DRX与动态回复（DRV）的协同作用机制。

　　金基合金因其优异的强度、硬度和电导率特性，广泛应用于精密仪器的电接触部件。随着对高性能电接触材料需求的增加，二元金合金逐渐显现出性能上的局限性，因此多元素合金化成为提高性能的重要策略。金镍铜合金（Au-7.5Ni-1.5Cu）在特定的高温变形条件下表现出良好的耐磨性和耐腐蚀性，使其适用于低载荷和低速滑动接触场景。然而，在工业生产过程中，这类合金在热加工时容易产生表面裂纹，这在一定程度上限制了其应用。为了改善其热加工性能，本研究通过热压缩实验，分析了Au-7.5Ni-1.5Cu合金的热变形行为和动态再结晶（DRX）机制。

研究中使用了Gleeble-3500热模拟机，实验温度范围设定为750–840℃，并采用不同的应变率（0.01–1/s）进行测试。通过Arrhenius关系式建立峰应力模型，并结合动态材料模型（DMM）构建热加工图。热加工图不仅能够预测合金的最佳热加工参数，还能识别危险加工区域。研究发现，在800–840℃、0.01–0.04/s的应变率范围内，合金表现出最佳的热加工性能。实验后的样品通过电子背散射衍射（EBSD）和光学显微镜（OM）进行表征，系统探讨了微观结构演变机制。

随着变形温度从750℃升至840℃，动态再结晶过程减弱，而动态回复（DRV）结构增加。DRX和DRV的机制被系统讨论，并建立了DRX模型，其准确性得到了验证。热加工过程中，高温和高速变形会导致变形热的积累，从而在固相线附近引发热脆性，这也是裂纹形成的重要原因之一。因此，控制变形温度和应变率对于避免裂纹的产生至关重要。

本研究的热加工图揭示了合金在不同变形条件下的加工行为。高能区通常对应于动态再结晶，此时材料的微观结构更加均匀，而低能区则可能伴随不均匀变形、微观结构缺陷和宏观裂纹。为了验证热加工图的可靠性，通过金属显微分析对安全区和危险区进行了确认。结果表明，在高温和低应变率条件下，合金表现出更均匀的微观结构，而在高温高应变率区域则容易出现不稳定的变形行为。

在实验过程中，合金的热变形行为和微观结构演变被系统研究。例如，在低应变率（0.01/s）条件下，随着变形温度的升高，金基合金的微观结构表现出从随机分布向围绕<001>方向的聚集转变，同时晶粒尺寸也逐渐增大。此外，变形温度的升高会促进动态再结晶的进行，从而降低晶界处的位错密度，减少晶格畸变。而在高应变率（如1/s）条件下，动态再结晶占主导地位，导致晶粒结构更加均匀，同时减少了晶界附近的不均匀变形。

通过EBSD和OM技术对不同变形温度和应变率下的样品进行分析，揭示了晶界错位角的变化趋势。随着变形温度的升高，高角度晶界（HAGBs）的比例逐渐减少，而低角度晶界（LAGBs）和中角度晶界（MAGBs）的比例增加，这表明在高温下，动态回复和动态再结晶共同作用，从而实现材料的软化。同时，晶粒尺寸的增加和晶界形态的改变进一步支持了动态再结晶和动态回复的协同作用。

动态再结晶模型的建立是本研究的重要组成部分。通过Avrami方程，研究团队建立了动态再结晶模型，并验证了其准确性。模型表明，随着变形温度的升高和应变率的降低，再结晶率逐渐增加，但在某些特定条件下，如高温高应变率，再结晶过程可能受到抑制。这一现象可以通过晶界迁移的能量需求和扩散系数的变化进行解释。此外，实验结果表明，模型能够准确预测Au-7.5Ni-1.5Cu合金在热变形过程中的流变应力，其预测值与实验值之间表现出良好的一致性。

综上所述，本研究通过热压缩实验和微观结构分析，系统探讨了Au-7.5Ni-1.5Cu合金的热变形行为和动态再结晶机制。研究结果表明，该合金在高温低应变率条件下表现出最佳的热加工性能，同时动态再结晶和动态回复机制共同作用，有效改善了材料的微观结构和机械性能。这些发现为优化金基合金的热加工工艺提供了理论依据和技术支持，有助于提高其在实际工业应用中的性能和可靠性。