时效过程中Cu-20Ni-20Mn合金的显微组织演变及性能（英文）

通过X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)研究Cu-20Ni-20Mn合金在450°C时效过程中的显微组织及相转变,并对时效后合金的抗拉强度、屈服强度和硬度进行分析。结果表明,时效开始阶段存在一个很长的孕育期,此时合金的强度和硬度没有明显变化。随着时效时间的延长,有序的面心四方结构(FCT)NiMn相在晶粒中形核并长大。随着有序FCT结构相尺寸的增加,合金硬度和强度提高并达到极大值。在450°C时效40h后合金强度达到942 MPa。由有序FCT结构NiMn相所产生的沉淀强化是合金主要的时效强化因素。

铍青铜的热处理

铍青铜具有良好的力学性能,弹性,导电、导热性能,以及无磁性,耐寒、耐磨、耐蚀等。铍青铜的性能主要取决于热处理包括固溶和时效处理。铍青铜零件固溶处理应在木炭、氨分解气或酒精裂解气等保护介质中进行。时效也是铍青铜的一道重要热处理工序,包括欠时效,正常时效,过时效及改进的分步时效、双重时效等。介绍了常用铍青铜的化学成分及其经不同工艺热处理后的组织和性能。

微量Co对铸态Cu-15Ni-10Mn合金组织及性能的影响

大气条件下熔炼的Cu-15Ni-10Mn合金铸态组织具有典型的树枝晶特征,枝间中Ni含量比枝干中稍高,枝干中Mn含量比枝间中稍高。由于Mn容易氧化吸气,使得铸态合金的加工性能不能满足要求。试验通过在熔炼过程添加少量的Zn,有利于降低合金中含气量,同时添加微量Co减小枝晶尺寸,使之满足加工要求。试验研究表明:Co与Cu形成的Co0.52Cu0.48化合物。添加微量Co对Cu-15Ni-10Mn合金的铸态组织起到明显的细化作用,其枝晶尺寸随Co含量的增加而减小,添加0.6%Co的合金的枝晶尺寸只有未添加Co合金的晶粒尺寸的31.7%。添加钴的合金硬度的峰值出现在0.6%Co处,其值为HV175,比未添加Co的Cu-15Ni-10Mn合金的硬度增加了66.1%;微量Co的存在会略降低合金的导电率。

Cu-3.0Ni-0.75Si合金时效析出动力学分析

为研究Cu-3.0Ni-0.75Si合金时效过程中沉淀相的析出与长大规律,及其对合金硬度的影响,采用涡流电导仪和布氏硬度计分别测量合金的电导率和硬度,根据导电率与新相析出量之间的关系分析合金的时效析出动力学过程.结果表明,在350℃下时效,合金硬度随时效时间的延长,先升高后趋于平缓;在450℃、550℃下时效,合金硬度随时效时间的增加快速上升,到达峰值后缓慢下降;时效温度越高,合金硬度峰值越低,但硬度达到峰值所需的时间越短.温度一定,随时效时间的增加,合金电导率在时效初期快速升高,至峰值后趋于平缓.根据Cu-3.0Ni-0.75Si合金在450℃时效过程中电导率的变化,通过Avrami方程推导出相应的相变动力学方程及电导率方程分别为f=1-exp(-0.052 2t0.717 61)和σ=15.2+16.3[1-exp(-0.052 2t0.717 61)],采用相关系数检验法及F检验法对电导率方程的可信性进行检验,结果说明时效析出动力学方程和电导率方程具有一定的可靠性.对比由电导率经验方程得出的电导率理论值与测量得出的实验值,该理论值与实验值有良好的吻合度.

Cu-Ni-Sn合金的研究与应用

介绍了Cu-Ni-Sn合金的调幅分解强化机理,重点阐述了微量添加元素、热处理条件对Cu-Ni-Sn合金组织性能的影响,并指出了Cu-Ni-Sn合金今后的研究方向。

北京大学小型化光抽运热、冷铯束原子钟研究进展

北京大学光抽运铯束原子钟小组致力于发展连续式光抽运铯束原子钟的关键技术,为长时间守时、导航定位等军事和科研领域的应用提供关键设备。本文总结了国内外守时型小铯钟的研究现状,分析和比较了不同小组的磁选态、光抽运等小铯钟的方案、特点和结果。其中,北京大学光抽运铯束原子钟小组所研制的小铯钟通过长达90 d的长期测试,在保持了3×10^(-12)/τ^(1/2)短期稳定度的情况下,进一步得到了7×10^(-15)的5 d稳定度,准确度优于3×10(-13)。另外,本文还介绍基于二维磁光阱的冷原子铯束光抽运原子钟的研究结果,我们得到了线宽为40 Hz的Ramsey信号,这为下一步获得连续冷原子束原子钟奠定了基础。

基于二维磁光阱的冷原子光抽运铯原子钟研究

在前期二维磁光阱原子冷却实验的基础上,提出了一种利用二维磁光阱产生低速铯束替代传统铯原子钟原子束的方案。新方案可以有效降低铯束中原子的运动速度,压窄Ramsey线宽,从而实现慢速连续原子束原子钟。理论分析表明,该慢速冷原子光抽运铯原子钟的Ramsey线宽为同体积传统热束小铯钟的十分之一,这将有效提高光抽运铯原子钟的短期稳定度,这种原子钟是未来守时原子钟的一种新的发展方向。

绿色交通——未来出行新趋向

“绿”是自然界的主色调,它代表生命,代表健康,代表活力,是充满希望的颜色,21世纪的生活与绿色密切相关。“绿色生活”是将环境保护融入人们日常衣食住行的健康文明的新生活,已成为一种现代生活方式,新的时尚。 “行”——交通,是人们生活中不可或缺的一部分,新的生活对它提出了新的要求。目前,城市交通问题突出,交通越来越拥挤,行车难、停车难、交通堵塞状况日益严重;城市生态环境恶化,城市交通污染日益严重,威胁到人们生活的质量。为适应绿色生活需要,绿色交通日益浮出水面。

冷变形对Cu-Cr-Ti合金性能和组织的影响及其织构转变

采用大气熔炼-铁模浇铸的方法制备了Cu-Cr-Ti合金铸锭,通过热轧-固溶-时效-冷轧工艺制备了带材。采用配备电子背散射衍射系统(EBSD)的扫描电子显微镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)等检测手段对冷轧后的Cu-Cr-Ti合金的组织与性能进行观测分析。结果表明,随着冷轧加工率增加,晶粒尺寸减小,位错密度增大,合金显微硬度升高;同时,变形中合金织构发生转变,随着冷轧的进行,{001}<110>旋转立方型织构减弱趋于消失,{112}<111>铜型织构先增强后减弱,{123}<634>S型织构体积分数一直增加,当加工率达到90%后,S型织构成为主要织构类型。

Cu-Cr-Ti-Si合金加工软化的机理

通过大气熔炼制备Cu-Cr-Ti和Cu-Cr-Ti-Si合金铸锭,进行热轧—固溶—时效—冷轧工艺制备带材,研究合金经不同变形量冷轧后的组织和性能。采用金相显微镜(OM)、配备有电子背散射衍射系统(EBSD)的扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)以及透射电子显微镜(TEM)等检测手段对冷轧后的合金的组织结构与性能进行分析。结果表明,添加微量Si元素的Cu-Cr-Ti-Si合金在变形量ε≥80%时,硬度不升反降,而Cu-Cr-Ti合金没有发现此现象。随着变形量增大,Cu-Cr-Ti-Si合金小角度晶界比例降低,位错胞增多,位错密度略有下降,但无再结晶晶粒,说明回复导致加工软化。通过分析冷轧前组织发现,Si元素能细化合金晶粒,导致变形前Cu-Cr-Ti-Si合金晶粒较Cu-Cr-Ti更加细小,单位面积内晶界数量多,从而为合金变形中发生回复提供更多的形核位置储能。

不同Ti含量Cu-Cr-Ti合金的析出动力学

采用真空熔炼方法制备了Cu-0.42Cr、Cu-0.50Cr-0.06Ti和Cu-0.52Cr-0.40Ti合金,并对合金进行了“热轧—固溶—时效”处理。研究了在450、550和650℃下时效不同时间对不同Ti含量的Cu-Cr-Ti合金导电率的影响,并分析了合金在时效过程中析出相的析出动力学。结果表明:Cu-0.42Cr合金导电率在时效2 h后趋于平稳,加入Ti元素后,合金则在时效8 h后导电率趋于平稳,表明析出相在此时已完全析出;Ti元素对合金导电率的影响较大,在450℃时效8 h后,Cu-0.42Cr合金的导电率为97%IACS,而Cu-0.50Cr-0.06Ti和Cu-0.52Cr-0.40Ti合金分别为80.2%IACS和34.1%IACS。根据马基申-富列明格规律和Avrami经验方程计算得到Cu-0.42Cr、Cu-0.50Cr-0.06Ti和Cu-0.52Cr-0.40Ti合金在不同时效温度的析出动力学方程和导电率方程,并通过透射电镜(TEM)统计在完全析出时的析出相体积分数,与通过析出动力学方程计算出的析出相体积分数进行了对比,计算值与统计值相符合。

微量Ni元素添加对Cu-Cr合金析出行为及性能的影响

采用真空熔炼设备在氩气环境下制备了Cu-Cr和Cu-Cr-Ni合金,然后进行950℃×1 h固溶和450℃时效处理。使用维氏硬度计、直流数字电阻测试仪、光学显微镜和透射电镜对两种合金的性能和组织进行了分析和表征。结果表明,Cu-Cr-Ni合金在450℃时效8 h后的硬度达到峰值,为124.6 HV0.5,此时导电率为83.2%IACS,而Cu-Cr合金在450℃时效1 h后的硬度达到峰值,为116.7 HV0.5,说明Ni的添加提高了Cu-Cr合金的硬度,且能保持较高的导电率。Cu-Cr-Ni合金在时效初期(1 h)即观察到bcc-Cr相,表明Ni的添加加快了析出相的析出速率,并促进析出相由fcc-Cr结构向bcc-Cr结构转变。另外,Cu-Cr-Ni合金在时效12 h后Cr析出相仍与基体保持半共格关系。

Cu-20Ni-20Mn合金连续/不连续时效析出及其相互作用研究

通过扫描电镜、透射电镜和小角散射研究了Cu-20Ni-20Mn合金在573~698 K温度下的时效析出行为,确定不连续析出和连续析出之间的相互作用。结果表明:当时效温度低于623 K,沉淀相析出主要以不连续析出为主导。时效温度大于673 K时,沉淀相析出则主要由连续析出和不连续析出共同控制。时效过程中,沉淀相优先在晶界形核长大,形成由Ni Mn相和贫溶质原子基体组成的片层状不连续析出胞状组织。然而连续析出沉淀相的存在会抑制不连续胞状组织的长大,当沉淀相直径约大于5 nm时,将能有效阻碍不连续析出胞状组织界面前沿的迁移。利用Aaronson-Liu模型估算出不连续析出的晶界化学扩散混合积sδDb,进一步通过Arrhenius方程分析得出不连续析出胞状组织的激活能为77.3~110.9 kJ/mol。界面激活能要远低于Ni、Mn元素在Cu中扩散所需的激活能,表明沉淀相易于在晶界处形核析出。

Co元素对Cu-3.0Ni-0.75Si合金软化温度的影响

研究了Co元素对Cu-3.0Ni-0.75Si合金电导率、硬度和软化温度演变规律的影响,并探讨了高温条件下Cu-3.0Ni-0.75Si-x Co合金电导率、硬度和抗拉强度随温度的变化规律,使用扫描电镜（SEM）对合金的拉伸断口形貌进行了分析。结果表明：经热轧,950℃×1 h固溶处理,一次冷轧,450℃×2 h时效处理和二次冷轧后,随着Cu-3.0Ni-0.75Si-x Co合金中Co含量的增加,合金的电导率先升后降,硬度和软化温度则不断升高,在二次冷轧后Cu-3.0Ni-0.75Si-0.5Co合金的软化温度能达到430℃,与未添加Co元素的Cu-3.0Ni-0.75Si合金相比,提高了约30℃。二次冷轧后的4种合金试样分别在350～550℃之间五个温度保温2 h,随着保温温度的升高,合金的电导率先升高后降低,抗拉强度和硬度则不断下降,延伸率不断上升,观察二次冷轧后分别在450和550℃保温2 h的试样拉伸断口形貌,进一步说明加热温度越高合金的塑性越好。在相同处理条件下,Co含量越高的Cu-3.0Ni-0.75Si-x Co合金,其抗拉强度也越高。

热处理对Cu-3.0Ni-0.75Si-0.3Co合金组织性能的影响

研究了热处理对Cu-3.0Ni-0.75Si-0.3Co合金电导率、硬度和组织演变规律的影响,并探讨了合金的强化机理。结果表明,随固溶温度升高,合金的晶界和晶内的Ni3Si2和CoSi相粒子数量逐渐减少,合金的过饱和固溶度不断增大。在950℃×1h固溶后,由于第二相粒子的尺寸较小、数量很少,在扫描电镜图片中出现的第二相粒子未能在XRD图谱中发现,说明在950℃×1h固溶处理后溶质元素能较为充分溶于基体中。经950℃×1h固溶处理和60%的冷变形后,电导率随时效时间的延长而升高,之后趋于平稳。随着时效温度的升高,电导率也不断提高;硬度随时效时间的延长先升高,后降低;时效温度越高,到达峰值所需的时间越短。在950℃×1h固溶处理,经60%的冷变形,450℃×6h时效处理后,合金的综合性能较好,此时,合金硬度(HB)为257,电导率为20.18 MS/m。

利用废料制备无铅硅黄铜的铸态组织结构

以H65、QSn6.5-1及BZn18-26废料为原料制备环保型无铅硅黄铜,研究了Si含量对硅黄铜组织的影响。结果表明,当合金中Si含量为0.2%-0.6%时,硅黄铜组织主要由占多数的板条状α相和与之相间分布的β相组成,β相的数量随着Si含量的增加而增加;当Si含量为0.8%时,组织以多边形的β相为基体,α相分布在β相的晶内及晶界处;当Si含量为1.0%时,组织由多边形的β相、大量分布在β相中的细小颗粒状及少量块状物质组成。根据摩尔分数推测这些细小颗粒物是Cu5Si＋β或Cu2Mg＋β的复合相,并且随着Si含量的增加,细小颗粒状物的数量也明显增多。

固溶处理对Cu-3.2Ni-0.75Si-0.3Zn合金组织及性能的影响

研究了Cu-3.2Ni-0.75Si-0.3Zn合金时效前固溶温度和时间对该合金硬度及电导率的影响,并且分析了不同固溶条件之后时效对Cu-3.2Ni-0.75Si-0.3Zn合金性能的影响。结果表明:时效前固溶温度的升高,材料的电导率先较快下降,之后又回升,而硬度呈下降的趋势,当固溶温度到达925℃时,硬度下降缓慢;随着固溶温度的增加,其再结晶程度越来越高,到900℃时组织已是完全再结晶组织,温度继续升高,晶粒会发生长大;通过扫描电镜及能谱分析仪观察900℃固溶后的试样,发现只有少量析出相存在。而相对于固溶温度,固溶时间对合金性能的影响不明显。在不同固溶制度下,合金试样经冷变形和时效后,其电导率随固溶温度的升高先降后升,而抗拉强度和延伸率随固溶温度的升高会先升高后下降,固溶温度为925℃时试样的抗拉强度到达峰值,延伸率则在850℃时达到峰值。与其他固溶处理制度相比,合金在900℃×60 min固溶处理,经60%的冷变形,450℃×4 h时效处理后,可得到较好的综合性能。此时,合金抗拉强度达到762 MPa,延伸率为6.1%,电导率为32.5%IACS。

形变热处理对Cu-0.8Cr-0.1Zr合金微观组织及性能的影响

采用电子背散射衍射(EBSD)分析、透射电镜(TEM)观察、维氏硬度测试等手段,研究了Cu-0.8Cr-0.1Zr合金在固溶处理、二次冷轧及时效处理等工艺过程中的微观组织及性能变化,定量分析了形变热处理对合金力学性能的影响作用及其机制。结果表明,在经过变形率为50%的冷轧后,合金晶粒内部引入大量位错,其位错密度相比于固溶态合金提高了约14倍;在时效过程中,Cr,Zr元素从基体中脱溶析出,形成纳米尺度的面心立方结构富Cr相粒子。位错的增殖以及富Cr相粒子的脱溶析出显著提高了Cu-0.8Cr-0.1Zr合金的力学性能,在峰时效态Cu-0.8Cr-0.1Zr合金中,位错强化和沉淀强化引起的硬度增量分别达到HV 69和HV 68。此外,Cr,Zr溶质原子在时效过程中的脱溶析出,导致Cu-0.8Cr-0.1Zr合金的导电性能得以改善。在450℃时效1 h后,合金电导率由冷轧态的41.3%IACS提高至82.1%IACS。固溶态合金在经过变形率为50%的冷轧和峰时效(450℃时效3 h)后,其力学性能和电学性能达到良好匹配,其维氏硬度达HV 190,电导率达82%IACS。

双相层状复合Cu-24%Ag合金的组织与性能

采用冷轧和时效工艺制备了Cu-24%Ag(质量分数)合金板材,研究了轧制过程中合金组织与性能的演变规律,讨论了合金强化和电导率与组织变化的关系。剧烈的轧制变形后,合金组织演变成Cu基体和Ag相交替排列的纳米层状结构,Cu基体中包含大量细小的Ag析出相纤维,一些Ag层区域分布着(Cu+Ag)共晶体。当变形至94%左右时,纵截面组织出现剪切带。随变形量增大,Cu基体和Ag层之间的相界面间距、Ag析出相纤维间距和共晶体片层间距均逐渐减小至几十纳米,强化效应显著增强,使合金的硬度在变形量大于96%时急剧增大。建立了Cu/Ag界面引起的电阻率增幅与变形量的关系,可以反映轧制变形引起的组织细化对合金电导率的影响规律。

Co对Cu-Cr合金组织和性能的影响

研究了Cu-Cr-Co合金经80%变形量冷轧和450℃时效后的组织和性能,并与Cr-Cr合金进行了对比。结果表明,Cu-0.66Cr-0.05Co和Cu-0.62Cr-0.22Co合金的性能在450℃时效4 h时达到峰值,此时的抗拉强度、硬度及导电率分别为376 MPa和410 MPa、143.7 HV0.5和138.4 HV0.5、84.1%IACS和66.2%IACS。峰时效态Cu-Cr-Co合金析出相为体心立方结构(bcc),并与基体呈Nishiyama-Wassermann取向关系,Co含量对Cu-Cr-Co合金的晶粒形貌几乎没有影响。与Cu-Cr合金相比,Co的加入使合金时效的时间延长,硬度有所增加,抗软化性能提高,但抗拉强度和导电率均下降。由于Cu和Co在422℃以上具有一定的固溶度,在时效过程中部分Co逐渐固溶进基体中,形成固溶体,并没有与预测一样分布在析出相外围,降低了合金综合性能。