固溶处理及工艺路径对Cu-Ni-Si-Co合金板材性能的影响

目的系统探究了不同固溶温度及不同冷轧时效工艺对C7035合金力学性能与导电性能的影响规律。方法针对C7035合金进行了不同温度的固溶处理,并进行了冷轧以及不同温度的时效处理。对比一次时效的力学性能与电学性能差异性,并优化工艺路径。选择性能较为优异的样品观察其微观组织以及析出相。结果提高固溶温度可显著提升一次冷轧-时效合金的硬度、强度以及导电性,其中性能较为优异的工艺参数为960℃固溶1 h、冷轧90%、450℃时效3 h,对应板材的维氏硬度、抗拉强度及导电率分别为241.2HV0.1、777 MPa、48.6%IACS。工艺优化后,较优异的工艺参数为960℃固溶1 h、冷轧90%、450℃预时效0.5 h、冷轧50%、450℃时效2 h,对应板材的维氏硬度、抗拉强度及导电率分别为252.8HV0.1、787 MPa、41.2%IACS。结论固溶温度越高,溶质原子溶入基体的数量越多,固溶后能观察到的第二相越少。960℃固溶后一次冷轧-时效的强度较高,与880℃固溶后一次冷轧-时效后相比,强度提高了约100 MPa,二次冷轧时效后,强度有进一步的提升。

高性能Cu-Ni-Si系合金研究现状及发展趋势

先进铜基材料具有广阔的市场及良好的发展前景。相比于Cu-Be, Cu-Fe-P, Cu-Cr等合金而言,Cu-Ni-Si系合金具有高强度、较高的导电率、良好的抗高温软化、抗应力松弛性能及低廉的价格等优点,广泛应用于机械制造、航空航天、交通运输、电子和电气工程等工业领域。本文首先介绍了Cu-Ni-Si系合金的发展现状,并从产品性能及产业化方面论述了国内外存在的差异。该合金发展趋势主要是朝着先进高强高导弹性铜合金方向发展,核心挑战是在提升强度的同时保持甚至提高导电性能,并且由于服役环境的复杂化及服役时间的延长,对于材料服役性能的可靠稳定性也提出了更为严苛的要求。最后从成分设计、加工及形变热处理工艺、时效析出行为、服役性能等方面综述了CuNi-Si系合金的研究现状,并针对目前该材料存在的不足,展望了高强度高导电铜合金的未来发展趋势。

行波磁场对Cu-Ni-Si-Mg合金组织和性能的影响

研究了在凝固过程中行波磁场对Cu-Ni-Si-Mg合金组织和性能的影响。结果表明,随着磁场电流强度的增加,在晶粒细化的同时,合金的组织形貌逐渐向等轴晶转变,树枝晶在磁场的作用下尺寸不断减小。磁场电流为90 A时晶粒细化效果最好,铸锭几乎全部由细小的等轴晶组成,晶粒尺寸降至(0.5±0.19) mm,相比于未加行波磁场的合金,晶粒细化了约94%。采用透射电子显微镜对显微组织进行观察,并对衍射花样进行标定,发现晶界处的析出相为δ-Ni2Si。在磁场电流为60 A的条件下,合金的拉伸性能最好,与未施加磁场的样品相比,屈服强度提高了41.8%,抗拉强度提高了12.9%,但合金的硬度不受行波磁场影响。本文通过行波磁场细化晶粒,为提高时效强化型铜合金的强度提供了一种可规模化生产的技术。

热处理对Cu-Ni-Cr-Si合金性能提升的机理研究

为了深入了解Cu-Ni-Cr-Si系列合金的综合性能,对比分析了Cu-Ni-Cr-Si合金热处理前后合金的显微硬度、拉伸性能以及显微组织等的变化规律。研究发现,热处理后的Cu-Ni-Cr-Si合金的拉伸性能明显提升,显微硬度也呈现出相同的变化趋势。Cu-Ni-Cr-Si合金是典型的沉淀时效强化合金,热处理过程中溶质原子扩散,从而形成析出相,细小、弥散的析出相分布在合金的晶界中会阻碍位错运动,从而提高了合金的力学性能。显微组织研究发现,热处理后晶粒的尺寸显著变大,与此同时热驱动力促使析出相生成,一般为Ni/Si相和Cr/Si相,析出相具有较高的硬度,合金的显微硬度在热处理之后也会有显著提升。电子背散射衍射(EBSD)分析发现,热处理之后小角度晶界转变为大角度晶界,局域取向差降低,推断位错密度降低。除此之外,溶质原子Cr、Ni、Si从基体中析出,对基体具有一定的净化作用,导电率由29.665%IACS提高到35.124%IACS。

基于机器学习的Cu-Ni-Co-Si合金固溶处理晶粒尺寸预测

Cu-Ni-Co-Si合金在固溶处理后的晶粒尺寸会影响其服役性能。采用3种不同的机器学习方法——BP神经网络、随机森林、长短期记忆网络,分别建立了Cu-Ni-Co-Si合金固溶温度和固溶时间对固溶后晶粒尺寸影响的机器学习预测模型。对比分析3种不同机器学习模型的预测精度,发现BP神经网络模型预测精度最高,其平均相对误差为8.55%。随后采用遗传算法优化BP神经网络。结果表明,所建立的BPGA模型平均相对误差比BP神经网络模型降低了6.47个百分点,其平均相对误差为2.08%,能够有效地为Cu-Ni-Co-Si合金固溶处理工艺参数的选择提供指导。

高溶质含量Cu-Ni-Si合金热压缩变形行为研究

电连接器用铜合金为目前5G通讯、新能源汽车等领域的重要材料,Cu-Ni-Si系合金因其优异的力学电学性能、良好的抗应力松弛性能成为该研究背景下广泛应用的材料。目前尚缺乏热变形制度对该合金显微组织影响机理的研究。本文研究了变形温度在600~950℃、应变速率在0.01~10.00 s-1条件下的高溶质含量Cu-Ni-Si合金铸锭的热变形行为,发现在高应变速率下,硬化和软化在变形过程中交替占据主导地位,流变应力呈“波浪形”变化。建立了合金的热变形本构方程和热加工图,获得了高溶质含量Cu-Ni-Si合金的热变形温度为900~950℃,探究了不同变形条件下合金热变形过程的软化机制。结果表明,在950℃低应变速率时,合金的再结晶主要以晶界弓出形核的不连续动态再结晶为主,而在应变速率较高时,主要发生位错转动合并形成新的大角晶界的连续动态再结晶。

NiSiCu合金产品质量异常分析

对非真空熔炼的NiSiCu合金产品质量异常原因进行分析。通过合金成分分析和性能检测及合金生产现场观察,发现合金中添加的Ni、Si元素的总量低、Ni/Si质量比不理想,导致了合金硬度偏低;另外,合金中的Fe元素等杂质含量偏高,降低了合金的导电率。实施改进措施后,生产的NiSiCu合金产品质量和合格率均得到较大的提高。

粉末冶金法制备Cu-Ni-Si合金的组织和性能

以单质Cu粉、Ni粉和Si粉为原料,通过热压烧结方法制备Cu含量为94(质量分数,%),Ni、Si质量比为4∶1的Cu-Ni-Si合金。经过900℃固溶处理2 h和450℃时效处理4 h后,采用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析和X射线衍射仪对合金的显微组织和相组成进行了分析。结果表明:合金中只有δ-Ni2Si相形成,且δ-Ni2Si相的组织形貌及分布状态对合金的力学性能和导电率起着决定性的作用;经过时效处理后,析出的δ-Ni2Si相使合金的导电率和维氏硬度都明显提高。

Ni/Co质量比对Cu-Ni-Co-Si合金组织和性能的影响

采用SEM、XRD和力学性能等测试手段研究了Ni/Co质量比对Cu-Ni-Co-Si合金组织和性能的影响,尤其是通过研究织构对Ni/Co质量比与弯曲成形性能的关系进行了分析。结果表明:较小的Ni/Co质量比能够促进合金发生回复和再结晶转变,并且可以细化铸态和峰时效态合金的晶粒。在RD方向上,Ni/Co质量比为1时合金再结晶织构的取向密度最小,主要含有R{124}〈211〉和Copper{112}〈111〉织构。在TD方向上,Ni/Co质量比为1.5时合金再结晶织构的取向密度最小,主要含有Copper{112}〈111〉、S{123}〈634〉和R{124}〈211〉织构。此外,Ni/Co质量比为1时合金具有最高的硬度、电导率和伸长率以及相对高的强度。通过理论计算发现,Ni/Co质量比为1时合金在RD方向上最容易发生塑性变形。弯折试验结果表明,Ni/Co质量比为1时合金具有最好的纵向(GW)弯曲成形性能,最小弯曲比为2.1,试验结果与计算结果一致。

Cu-Ni-Si合金带材表面白线缺陷成因分析

采用能谱仪(EDS)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、表面三维轮廓仪及超声波仪,对Cu-Ni-Si合金带材表面白线缺陷及对应的铸态样品的化学成分和微观形貌进行观察和分析,探讨了白线缺陷的产生原因。结果表明:白线区域宏观上为基体大晶粒,表面覆盖一层不均匀的1~2μm的小颗粒,微观上存在白色孔洞区域、黑色孔洞区域以及孔洞周边颗粒区3种典型形貌,其中孔洞尺寸大小为2~5μm,孔洞深度约为200 nm。经过EDS测试,这3种形貌周围组织中O, Mg, Si元素含量较基体正常部分偏高;白线缺陷对应铸态样品经超声波检测后有缺陷回波,内部存在疏松缺陷,铸态缺陷处形貌与带材白线缺陷处形貌类似,且铸态缺陷处成分同样富含O, Mg,Si元素。因此,带材白线缺陷的产生原因可归结为铸锭内的疏松缺陷经后续加工形成。

Al-Si-Cu-Ni-Mg合金凝固组织调控及对高温拉伸性能的影响

应用JMatPro软件、金相显微镜、高温拉伸试验机和扫描电镜研究了浇注温度和模具温度对Al-Si-Cu-Ni-Mg合金凝固组织及高温拉伸性能的影响。结果表明:Al-Si-Cu-Ni-Mg合金的凝固组织主要为α-Al和共晶硅,合金中的强化析出相主要为δ-Al_(3)CuNi、Q-Al_(5)Cu_(2)Mg_(8)Si_(6)、γ-Al_(7)Cu_(4)Ni、ε-Al_(3)Ni和Mg_(2)Si相;当控制浇注温度710℃,模具温度150℃时,Al-Si-Cu-Ni-Mg合金中α-Al晶粒、共晶硅、富Ni相、Q相、Mg_(2)Si相尺寸最小,组织均匀程度和高温拉伸性能达到最佳。

Cu-Ni-Si基引线框架材料的性能研究

分析了固溶处理、冷变形以及时效处理对Cu-Ni-Si系列合金的显微硬度、电导率的影响规律。同时通过设计3种不同成分(Cu-Ni-Si、Cu-Ni-Si-Ag、Cu-Ni-Si-P)的引线框架材料,分析了合金成分Ag、P对Cu-Ni-Si基引线框架材料性能的影响。结果表明,微量P能有效提高合金的显微硬度,稍微降低了铜基体的电导率;微量的Ag能提高合金的硬度,但作用没有P明显,而且Ag能提高铜基体的电导率。

变形量对Cu-Ni-Si合金再结晶行为的影响

对经过二级变形时效处理后的Cu-Ni-Si合金进行不同变形量的冷变形后,再进行退火处理,研究了变形量对合金抗软化性、再结晶组织和再结晶动力学行为的影响。研究结果表明:再结晶晶粒在晶界处形成,大的变形量能够提高再结晶的形核速率。经40%变形的合金的软化温度为470℃,再结晶温度在550℃左右;在400℃退火时,合金发生再结晶的激活能为162 kJ/mol。再结晶的激活能随变形量的增加而降低,当变形量由40%增至80%时,再结晶激活能由162 kJ/mol降至140 kJ/mol。

Cu-Ni-Si热轧板坯的变形与时效

研究了变形量及时效温度对 Cu- 3 .2 Ni- 0 .75 Si- 0 .3 Zn合金的显微硬度和导电率的影响 ,在此基础上对该合金薄带的加工工艺进行了探讨。结果表明 ,合金在 40 0～ 45 0℃进行时效可以获得较高的硬度 ,而高于 45 0℃进行时效 ,合金硬度开始明显下降 ;热轧态合金采用加工工艺 1～ 5制得的薄带均可满足性能要求 ,即导电率 >5 0 % IACS,显微硬度≥ 160 HV。

Cu-Ni-Si合金的时效强化机制分析

分析了Cu-3.2Ni-0.75Si-0.30Zn合金在时效过程中显微硬度的变化规律。结果表明,合金在500℃时效时可以获得最大显微硬度,而550℃时效时可以获得最高导电率。分析表明,该合金的强化效果主要取决于析出第二相体积分数以及第二相颗粒半径;第二相体积分数接近平衡态以前,第二相的析出对强化效果起主要作用;而体积分数接近平衡态以后,第二相颗粒的长大则成为导致强化效果降低的主要因素。

集成电路用Cu-Ni-Si-Cr合金流变应力行为研究

在Gleeble-1500D热模拟试验机上对Cu-Ni-Si-Cr合金在应变速率为10-2、10-1、1、5s-1、变形温度为600～800℃条件下进行流变应力行为研究。结果表明,应变速率和变形温度的变化对合金的再结晶影响较大,变形温度越高,合金越容易发生动态再结晶;应变速率越小,合金也越容易发生动态再结晶;并利用Arrhenius双曲正弦函数求得Cu-Ni-Si-Cr的热变形激活能Q为265.9kJ/mol;从Zener-Hollomon参数的指数函数形式得到应变速率解析表达式。

CuNiSiCr合金动态再结晶行为及组织演变研究

利用Gleeble-1500D热模拟试验机,研究了Cu-Ni-Si-Cr合金在不同应变速率和不同变形温度下流变应力与应变速率、变形温度之间的关系及其组织在热压缩过程中的变化.结果表明,应变速率和变形温度的变化对合金的再结晶影响较大,变形温度越高,合金越容易发生动态再结晶,应变速率越小,合金也越容易发生动态再结晶;在同一应变速率下合金动态再结晶的显微组织受到变形温度的强烈影响;并利用Arrhenius双曲正弦函数求得Cu-Ni-Si-Cr热变形激活能Q为265.9kJ/mol.

引线框架用Cu-Ni-Si合金的发展

综述了引线框架用Cu-Ni-Si合金发展的历史,阐述了Ni,Si元素的质量比及含量对Cu-Ni-Si合金性能的影响,Cu-Ni-Si合金的强化机制及影响其电导率的因素.指出了Cu-Ni-Si合金目前存在的问题及微合金化的Cu-Ni-Si具有成为高强高导引线框架材料的潜力.

稀土氧化铈(CeO_2)与铸态Cu-Ni-Si合金性能

在Cu-Ni-Si合金中加入稀土氧化铈(CeO2),研究稀土氧化铈(CeO2)量对铸态Cu-Ni-Si合金组织与性能的影响。结果表明:适量添加稀土氧化铈(CeO2)能显著细化铸态合金的晶粒,提高合金抗拉强度,对电导率则影响较小。在合金中添加0.06%稀土氧化铈的Cu-Ni-Si材料,铸态条件下的抗拉强度可达411MPa,比未加稀土的合金材料的抗拉强度提高了40.7%。过量添加稀土,合金的晶粒尺寸并不能继续细化,却显著降低材料的抗拉强度。

基于BP神经网络对CuNiSiCr合金时效后性能预测

采用改进的BP 网络算法———Levenberg Marquardt算法,建立了固溶态Cu Ni Si Cr合金的时效温度和时间参数关于时效后性能的非线性映射模型。结果表明所建立的BP神经网络模型可对Cu Ni Si Cr合金时效后的性能进行有效的预测和分析。