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。

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。

形变热处理对Cu-Ni-Si合金组织性能的影响

借助扫描电镜、电子万能试验机、维氏硬度计和数字涡流金属电导仪等研究了冷轧变形量和时效对Cu-Ni-Si合金组织与性能的影响。结果表明:冷轧态合金变形量越大,显微组织中晶粒沿着轧制的方向被拉得越长和越扁。当时效温度或时效时间增加到一定程度时,冷变形晶粒发生了回复再结晶,时效时间继续延长再结晶晶粒逐渐长大。冷轧态合金主要以脆性断裂为主,时效态合金以韧性断裂为主。当冷轧变形量为80.0%及经500℃×1 h时效后合金的综合性能最佳,电导率为46.37%IACS,显微硬度为236.14 HV0.1,抗拉强度为638.24 MPa,屈服强度为581.55 MPa,伸长率为5.77%。

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。

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。

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。

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。

Ce-La添加量对汽车用Al-Si-Cu-Mg-Ni合金组织与力学性能的影响

对Al-Si-Cu-Mg-Ni合金中添加了不同量的Ce-La复合稀土,通过显微组织观察、力学性能测试研究了不同Ce-La复合稀土添加量对铸态Al-Si-Cu-Mg-Ni合金组织与力学性能的影响。结果表明:未添加稀土的Al-Si-Cu-Mg-Ni合金中有大量块状的初生Si相和针状共晶Si相存在。随着Ce-La复合稀土添加量的增加,合金中的初生Si相直径和共晶Si相尺寸先减小后增加。Ce-La稀土添加量为0.4wt%时,合金中的初生Si相直径和共晶Si相尺寸最小。随着Ce-La复合稀土添加量的增加,Al-Si-Cu-Mg-Ni合金的抗拉强度和伸长率先升高后降低,Ce-La复合稀土添加量为0.4wt%时,合金的抗拉强度和伸长率均达到最大值,分别为296.5 MPa和2.9%。

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。

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。

Fe、Ni元素微合金化对Al-11Si铝合金微观组织及力学性能的影响

本研究利用扫描电子显微镜(SEM)、能量散射X射线光谱(EDS)和拉伸试验机,研究了Ni(1.2及1.6wt.%)和Fe(0.6及0.8wt.%)含量对Al-11Si铝合金的微观组织及不同温度下的力学性能的影响。实验结果表明,适量的Ni元素对于Al-11Si合金中富含Fe相的类型、形态和分布具有积极作用。在Al-11Si铝合金中添加1.2wt.%Ni和0.6wt.%Fe可以生成一种类似“汉字状”的富Fe强化相。当进一步增加到1.6wt.%Ni和0.8wt.%Fe后,富Fe相变为了长针状,对Al基体产生严重的割裂作用,降低了合金力学性能。由于含有1.2wt.%Ni和0.6wt.%Fe的Al-11Si铝合金中生成了“汉字状”富Fe强化相,合金的高温拉伸性能得到了显著改善。在350℃的测试温度下,Al-11Si铝合金的抗拉强度(UTS)达到了139 MPa。

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。

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。

稀土元素Ce对铸态Cu-Si-Ni合金组织与性能的影响

研究了稀土元素Ce的不同加入量对铸态Cu-Si-Ni合金电导率、硬度和组织的影响。研究结果表明:稀土元素Ce能净化铜基体、细化晶粒、提高Cu-Si-Ni合金的电导率及硬度,当稀土元素Ce的加入量为0.06%时Cu-Si-Ni合金的电导率和硬度最高。

Cu对Al-Si-Cu-Ni合金组织和力学性能的影响

通过力学性能分析、硬度测试、金相观察以及能谱分析等手段,研究了Cu对砂型铸造Al-Si-Cu-Ni合金组织和力学性能的影响。结果表明,随着Cu含量的增加,合金中Al-Ni-Cu相和CuAl2相增加,同时合金的室温、高温(250℃)强度提高,伸长率下降。

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。

Cu-Ni-Al-Si合金固溶-时效处理

用扫描电镜、硬度计、涡流导电率测试仪和万能试验机测试分析了固溶-时效工艺对Cu-Ni-Al-Si合金组织和性能的影响,探讨了合金的强化机理。结果表明,该合金具有显著的时效强化特性,经960℃×1.5 h固溶+480℃×3 h时效工艺处理后,抗拉强度为860.3 MPa,屈服强度为743.7 MPa,伸长率为17.6%,合金的硬度达272 HB,导电率为18.9%IACS。

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。