制备工艺对Cu-15Ni-8Sn合金晶粒特征和力学性能的影响

对比了Cu-15Ni-8Sn合金铸态、均匀化退火态(850℃×8 h)、锻造态、固溶态(840℃×1 h)和时效态(400℃×6 h)的硬度、强度和伸长率变化规律,分析了不同工艺状态下合金的显微组织和断口形貌。结果表明:铸态合金的组织为发达的树枝晶;经均匀化退火后,枝晶组织消失,层片状组织完全溶于铜基体;均匀化退火态合金经锻造后,晶粒尺寸明显减小,平均晶粒尺寸从58.78μm减小到4.22μm,抗拉强度由395.39 MPa提高到659.50 MPa,细晶强化为主要强化机制;固溶态合金由于溶质原子的充分固溶,伸长率大幅提升到46.7%;进一步经时效处理后,抗拉强度提高到802.50 MPa。

放电等离子烧结Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料摩擦磨损性能研究

以Cu-15Ni-8Sn合金为基体,石墨为润滑剂,采用放电等离子烧结技术制备了Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料.使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和万能试验机研究了复合材料的微观组织、物相组成和室温力学性能,通过球-盘式摩擦试验机测试复合材料的摩擦磨损性能,利用三维轮廓仪测量材料磨损体积,借助扫描电子显微镜对磨痕形貌进行表征.结果表明:向Cu-15Ni-8Sn基体材料中添加石墨后,材料的硬度明显降低;随着石墨含量的提高,复合材料的抗压强度逐渐降低.当添加质量分数为3%的石墨时,Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料的耐磨性最好,磨损率最小为3.0×10^(-6)mm^(3)/(N·m),其磨损机理主要以磨粒磨损为主.

Cu-15Ni-8Sn合金的热变形行为和热加工图

借助Gleeble-3500热模拟试验机研究了Cu-15Ni-8Sn合金在变形温度为933~1083 K,应变速率为0.001~10 s^(-1)条件下的热压缩变形行为,通过Arrhenius模型建立了合金的热压缩变形本构方程并对其准确性进行了验证,基于动态材料模型得到了合金的3D热加工图。结果表明:合金适宜的热加工区间为变形温度993~1083 K,应变速率0.01~0.1 s^(-1);在应变速率为0.01 s^(-1)时,随着变形温度的升高,合金的位错密度逐渐降低,动态再结晶体积分数逐渐增加,小角度晶界逐渐转化为大角度晶界,动态再结晶产生的软化效果使得合金的变形抗力逐渐降低。

激光选区熔化Cu-15Ni-8Sn合金的显微组织、拉伸和摩擦磨损性能

高Sn含量的Cu-15Ni-8Sn合金在传统铸造过程中极易产生Sn宏观偏析,降低材料的力学性能。为缓解偏析程度,采用激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)技术制备此合金,通过XRD、OM、SEM、EPMA、EBSD、TEM、激光共聚焦显微镜等方法研究了合金的显微组织、拉伸和摩擦磨损性能。结果表明:SLM快熔快凝的工艺特点能够将Sn偏析抑制在微米级别,大量的Sn固溶到基体中,同时晶粒被细化到约2.13μm;显微组织由贫Sn的α-Cu(Ni,Sn)基体和富Sn的γ-(Cu_(x)Ni_(1−x))3Sn沉淀相颗粒组成,γ颗粒直径约0.2μm。试样具有优异的强度和韧性,抗拉强度为(572.99±11.07)MPa,断裂伸长率为(12.36±1.66)%。SLM成形Cu-15Ni-8Sn合金的高强度来源于细晶强化、固溶强化、析出强化和位错强化的贡献,其摩擦因数为0.5032,磨损机制为磨粒磨损,具有较高的耐磨性能。

浇注温度对立式连续铸造Cu-15Ni-8Sn合金铸锭锡偏析的影响

采用立式连续铸造法制备φ160 mm的Cu-15Ni-8Sn铸锭,研究浇注温度对合金铸锭中Sn元素偏析的影响。结果表明:较低的浇注温度可以有效抑制Sn的宏观偏析。当浇注温度为1235℃时,相对偏析度为3.7%;浇注温度的降低可以有效地提高枝晶偏析的均匀性,随着浇注温度从1400℃降低到1235℃,偏析组织体积分数由表层至心部的变化幅度从35.5%降低至8.8%。此外,浇铸温度的降低也可以有效细化铸锭二次枝晶间距及偏析组织,随着温度的降低,偏析面积>0.001 mm2的占比逐渐下降,偏析面积0.0001~0.001 mm2的占比逐渐上升。

Y对铸态Cu-15Ni-8Sn合金性能及Sn元素分布的影响

利用传统熔铸法制备了Cu-15Ni-8Sn和Cu-15Ni-8Sn-0.57Y合金,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和直读光谱仪等研究了Y元素对铸态Cu-15Ni-8Sn合金的组织、力学性能和Sn元素分布的影响。结果表明:添加Y能细化铸态Cu-15Ni-8Sn合金的枝晶形貌,使合金中层片状过渡组织(α+γ相)减少,并且可以抑制Sn元素的宏观偏析,铸锭中部和下部Sn元素宏观偏析程度分别改善了28%和9%;此外添加Y元素后,Cu-15Ni-8Sn合金硬度由108 HB增加到116.3 HB,导电率由9.834%IACS下降到6.634%IACS。

固溶和时效对挤压态Cu-15Ni-8Sn合金组织和性能的影响

首先对挤压态Cu-15Ni-8Sn合金进行不同温度固溶处理1 h,优化出合适的固溶温度,在此基础上,对合金进行了400℃时效2 h的处理,采用光学显微镜、扫描电镜、拉伸试验及洛氏硬度计等分析了挤压态、固溶态和时效态合金的微观组织、断口形貌、抗拉强度和硬度。结果表明:挤压态合金晶界和晶内分布大量富Sn相,合金硬度为81.5 HRB,抗拉强度为597 MPa;随着固溶温度的升高,合金晶粒尺寸开始长大,第二相颗粒逐渐固溶入基体中,当固溶温度为840℃时,第二相颗粒基本完全固溶到基体中,合金晶粒尺寸为75~180μm,当固溶温度达到860℃时,晶粒出现过烧,表明合金的最佳固溶温度为840℃,此时合金的硬度为55.6 HRB,抗拉强度为396.5 MPa;时效后合金的力学性能得到显著提升:硬度为105.4 HRB,抗拉强度为839.8 MPa,与经840℃固溶处理的合金相比,分别提高了89.6%和112%。

稀土元素镧对Cu-15Ni-8Sn合金组织及性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜和X射线衍射分析研究添加稀土元素镧(La)及其添加量对Cu-15Ni-8Sn合金组织及性能的影响。研究结果表明,添加微量La元素可以细化枝晶组织,改善合金的枝晶偏析,并且随着La添加量增加,改善效果越明显。La可与Ni或Sn反应形成LaNiSn相或La_(5)Sn_(3)相,并且随着La添加量增加,析出相逐渐由LaNiSn相向La_(5)Sn_(3)相转变。添加0.8%(质量分数,下同)La可以有效抑制形成不连续沉淀,分布在晶界上的La_(5)Sn_(3)相可以占据不连续沉淀的形核位点,分布在晶体内的La_(5)Sn_(3)相可以抑制不连续沉淀前沿界面的移动,共同作用抑制了Cu-15Ni-8Sn-0.8La合金时效过程中不连续沉淀的形成。此外,Cu-15Ni-8Sn-0.8La合金在450℃时效30 min获得HV硬度峰值为324。

垂直半连续铸造Cu-15Ni-8Sn合金组织及性能研究

采用垂直半连续铸造法制备Cu-15Ni-8Sn合金,并对合金的凝固组织、元素偏析以及热处理后的组织和性能进行了分析。采用普通熔铸法制备Cu-15Ni-8Sn合金的铸态组织主要由贫Sn的α-Cu(Ni,Sn)固溶体、富Sn的γ相以及片层状的(α+γ)组成,并且Sn元素主要偏聚在晶界上。在垂直半连续铸造的过程中同时施加机械振动和电磁场具有明显的晶粒细化效果,同时有效减轻了Sn元素的宏观反偏析和微观晶界偏析,富Sn相比较均匀地分布在晶粒内部和晶界上。Cu-15Ni-8Sn合金经过850℃固溶、90%轧制和400℃时效1 h后可获得最佳的综合性能,此时合金的硬度为HV401,导电率为8.4%IACS,抗拉强度为1233MPa,屈服强度为1185MPa,伸长率为4.5%。

添加Si对Cu-15Ni-8Sn合金组织和性能的影响

利用金相显微分析、SEM、TEM及能谱分析对添加Si的Cu 15Ni 8Sn合金的组织结构和性能进行了研究。结果表明 ,添加的Si与Ni原子相结合 ,形成新相Ni3Si和Ni2 Si。在时效过程中 ,由于Ni2 Si相的析出 ,试验合金的电导率和硬度相对于Cu 15Ni 8Sn合金都有所提高。

Si和Ti对高性能Cu-15Ni-8Sn合金在热变形过程中动态再结晶的作用（英文）

采用不同变形条件(变形温度750~950℃、应变速率0.001~10 s^-1)的热压缩试验研究微量元素Si和Ti添加对Cu-15Ni-8Sn合金动态再结晶的作用。结果表明,添加Si和Ti对热变形过程中的动态再结晶具有显著的作用。添加的Si和Ti可以形成Ni16Si7Ti6相,Ni16Si7Ti6相促进低角度晶界向高角度晶界转变,因此,促进动态再结晶的形核过程;同时,Ni16Si7Ti6相产生的钉扎作用抑制再结晶晶粒的长大。基于动态再结晶行为建立热加工图以优化合金的热变形工艺参数。在最优工艺参数下制备具有细小晶粒组织的热挤压态Cu-15Ni-8Sn合金,其伸长率达到30%,抗拉强度达到910 MPa。

Cu-15Ni-8Sn导电弹性材料的研究现状与进展

综述了Cu-15Ni-8Sn合金的研究概况,分析了合金性能的优势与不足。着重介绍了对合金性能的改进,并展望了合金的应用方向和发展趋势。

铸造Cu-15Ni-8Sn合金的组织和力学性能

研究了铸造Cu-15Ni-8Sn合金时效过程中组织和力学性能的变化规律。固溶处理获得的单相α固溶体经适当的时效热处理会产生Spinodal调幅结构,亚稳态γ′相,以及不连续沉淀γ相。伴随着组织的变化合金的力学性能也相应发生变化,时效初期合金的强度和硬度随时效时间的延长或温度的升高而升高,而经过最大值后,则随时间的延长或温度的升高而下降;时效过程中合金塑性变化规律与强度和硬度规律相反。

铸造Cu-15Ni-8Sn-xTi合金的组织和硬度

研究了铸造Cu-15Ni-8Sn-xTi合金时效过程中组织和硬度的变化规律。研究表明,与Cu-15Ni-8Sn合金一样,含Ti的Cu-15Ni-8Sn合金能通过调幅结构及γ′强化相的形成而得到强化。0.073%的Ti能完全固溶于Cu-15Ni-8Sn合金中,并加速基体中γ′相和晶界胞状组织的形成和生长。当Ti含量超过0.300%时,Ni与Ti形成新相Ni3Ti,抑制γ′相的形成和生长,并完全抑制胞状组织的形成。

机械合金化和熔炼法制备的Cu-15 Ni-8Sn合金的Spinodal分解

利用透射电子显微镜 (TEM)和X射线多晶衍射仪 (XRD)观察分析了机械合金化 (MA)和熔炼两种方法制备的Cu 15Ni 8Sn(质量分数 ,% )合金在 40 0℃不同时效时间Spinodal分解产生的调幅组织结构和边带卫星峰 ,及合金固溶体的晶格参数变化。同时用维氏硬度计测量了合金的时效硬度变化。结果表明 ,与熔炼法相比 ,MA制备的该合金时效过程中 ,Spinodal分解初期的调幅组织结构波长较大 ,调幅分解速度也慢慢 ,延缓了γ′相的析出 ,但时效过程中二者硬度达到峰值的时间几乎是一致的。

Cu-15Ni-8Sn-0.4Si合金时效过程研究

用相对电导率、硬度的测量、金相分析及透射电镜等方法,研究了Cu 15Ni 8Sn 0.4Si合金在380℃时效过程中组织结构及性能的变化。结果表明,时效过程中,细小Ni2Si颗粒的析出对不连续沉淀有一定抑制作用;随时效时间增加,抑制作用减弱;Cu 15Ni 8Sn 0.4Si合金的电导率、硬度比Cu 15Ni 8Sn合金高。

粉末冶金Cu-15Ni-8Sn合金时效组织的演变行为

对粉末冶金Cu-15Ni-8Sn合金进行热挤压、固溶处理后,研究400℃时效不同时间对合金力学性能及其组织的影响。结果表明：随时效时间延长,Cu-15Ni-8Sn合金的抗拉强度先升高后降低,伸长率先降低后升高,合金断裂方式表现为由沿晶断裂为主向穿晶断裂为主转变。合金抗拉强度在400℃时效1.5 h时获得最大值918MPa。综合考虑合金的强度和韧性,400℃的最佳时效时间为2 h。借助扫描电子显微镜和透射电子显微镜研究合金在400℃时效不同时间（1-3 h）的组织结构变化及其对合金强度和塑性的影响,结果表明：在欠时效阶段,合金组织在富Sn区出现了有序排列的介稳态DO22相,基体的FCC结构开始向DO22有序化结构转变,合金强度大幅提升。而在峰时效阶段,DO22向L12转变,合金强度继续增加,随片层状不连续析出组织开始由晶界向晶内生长,合金强度下降。在过时效阶段,DO22进一步向L12转变,并且片层状不连续析出组织开始大肆侵蚀基体调幅组织,导致合金强度降低,塑性提高。在时效后期,调幅组织被片层状组织大幅侵蚀,出现片层状组织粗化并断裂的现象,粒状γ相（DO3）不断生成,由于这一过程需要更大的浓度起伏而进行得非常缓慢,合金组织仍以大量片层结构为主,因而合金强度和塑性变化不明显。

Ti对热挤压态Cu-15Ni-8Sn合金微观组织及力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和拉伸力学性能测试等方法研究了Ti元素对挤压态Cu-15Ni-8Sn合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:随着Ti含量的增加,合金抗拉强度及屈服强度均逐渐提高,但伸长率下降。在挤压比为17,挤压温度为900℃时,添加0.02%(质量分数,下同)Ti促进γ相析出,显著细化再结晶晶粒。Ti含量达到0.3%时,少量针状Ni_3Ti相产生,减弱了γ相对再结晶晶粒长大的抑制作用。当Ti含量增至0.5%时,大量针状Ni_3Ti相析出又使得再结晶晶粒的细化效果增强,但粗大Ni_3Ti相严重恶化合金塑性。Ti含量为0.3%时,热挤压态合金综合力学性能最佳,抗拉强度为875MPa,屈服强度为713MPa,伸长率为24.1%。

Cu-15Ni-8Sn合金的开发与应用现状

Cu-15Ni-8Sn合金是一种典型的沉淀析出型硬化合金,它具有高硬度、高强度、高电导率等特点。本文主要讨论了Cu-15Ni-8Sn这种新型合金的组织结构、各种先进制备技术的优劣、性能影响因素以及未来的发展趋势和方向。

Cu-15Ni-8Sn及Cu-15Ni-8Sn-0.2Nb Spinodal分解型弹性合金的研究

研究了形变时效和淬火时效对含 Nb 和不含 Nb 的两种 Cu-15Ni-8Sn spinodal 分解型合金的力学性能、应力松弛性能和其他物理性能。经56%形变、400℃时效30min 能使这两种合金获得很高的强度(σb～1400MPa,σ_(0.2)～1300MPa)和弹性模量(E～140,000MPa);在200℃具有良好的抗应力松弛性能;加 Nb 的合金能改善250℃的抗应力松弛性能。淬火时效处理能获得适中的强度(σ_b900～950MFa,σ_(0.2)630～650MPa)和极良好的延性(δ～20%);加 Nb 能加速 spinodal分解,提高时效初期的强度。淬火时效态的两种合金在250℃下均显示良好的强度和弹性的稳定性,十分适合用作高温导电弹性材料。对调幅组织的强化和 Nb 的作用进行了讨论。