Cu-4Ni-2Sn-Si合金的铸态组织及均匀化退火工艺的研究

采用OM、SEM、EDS及硬度测试等分析方法研究了Cu-4Ni-2Sn-Si合金的铸态显微组织,以及均匀化退火对合金显微组织及性能的影响。结果表明,铸态Cu-4Ni-2Sn-Si合金的显微组织枝晶发达,合金元素分布不均匀,Sn呈反偏析现象,且室温组织由α-Cu和δ-Ni2Si相组成。随着均匀化退火温度的升高及保温时间的延长,合金元素的分布趋于均匀化,Sn的反偏析现象基本被消除,有大量δ-Ni2Si析出且趋于均匀化分布,均匀化退火效果受温度影响较大。由此建议Cu-4Ni-2Sn-Si合金较佳的均匀化退火条件为850℃×4 h,其硬度值为HB99.5,电导率为16.64%IACS。

固溶时效对Cu-4Ni-2Sn-Si合金组织及其性能的影响

采用OM、XRD、导电率和硬度测试等分析方法研究了固溶时效工艺对Cu-4Ni-2Sn-Si合金的显微组织及性能的影响。结果表明,热轧态Cu-4Ni-2Sn-Si合金中未溶解的第二相Ni2Si颗粒随着固溶温度的升高逐渐回溶,且发生再结晶,再结晶晶粒逐渐长大。当温度升高至900℃时,第二相粒子基本回溶到合金基体中。经时效处理后,合金的硬度受到析出相与再结晶的交互作用的影响。当时效温度低于450℃时,硬度值随时效时间的延长呈现先增大后减小的趋势;而时效温度升高至500℃时,合金硬度值随时效时间的延长而逐渐下降。而导电率则随时效时间的延长一直保持增大的趋势。热轧态Cu-4Ni-2Sn-Si合金经900℃×1 h固溶处理+68%冷轧变形+450℃×6 h时效处理后获得较优的综合性能,其硬度值为225 HB,导电率为24.5%IACS。

Al-Nb-B中间合金对Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金组织及性能的影响

采用原位生成法制备了Al-Nb-B中间合金,主要研究了Al-Nb-B中间合金的组织,以及Al-Nb-B中间合金对Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金的组织和室温拉伸性能的影响。结果表明,Al-Nb-B中间合金主要含有NbB2、Al3Nb两种颗粒。Al-Nb-B中间合金可以细化Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金中的α-Al晶粒,并减小二次枝晶间距,进而提高合金的室温拉伸性能。当Al-Nb-B中间合金添加量为2.5wt%时,α-Al晶粒平均尺寸为128.4μm,二次枝晶间距为11.67μm,相较于基体合金分别减小21.5%和32.3%。随着Al-Nb-B中间合金添加量的增加,Al-Si合金的抗拉强度呈逐渐上升的趋势,当Al-Nb-B中间合金添加量为2.5wt%时,Al-12Si-4Cu-2Ni-1Mg合金的抗拉强度为237 MPa,相较于基体合金增加10.7%。通过断口形貌分析可知,Al-Si合金断裂方式为脆性断裂,断裂机理为解理断裂。

Cu-2．32Ni-0．57Si-0．05P合金的时效行为

对Cu-2.32Ni-0.57Si-0.05P合金经不同程度的变形和不同工艺时效处理后的显微硬度、电导率和抗拉强度进行了测试,在TEM、SEM下对合金析出相进行了观察和分析。结果表明,形变和时效综合作用能显著提高该合金的综合性能。该合金经900℃×1h固溶处理、经不同预冷变形后,在450℃时效可获得良好的综合性能。当变形量为80%,在450℃下时效1h,其显微硬度和电导率分别可达HV240和23.78MS/m;当变形量为40%,在450℃下时效1h,其抗拉强度达到568MPa。时效过程中的析出相为δ-Ni2Si相,颗粒细小、呈弥散分布,且随时效时间的延长逐渐长大。

铝含量对Cu-5.6Ni-2.5Mn-2Sn合金组织与性能的影响

通过合金成分设计,制备了3种不同铝含量(质量分数为分别0,0.93%,2.43%)的Cu-5.6Ni-2.5Mn-2Sn合金,并对其进行了不同的冷变形和热处理,研究了铝含量对其组织与性能的影响。结果表明:3种合金铸态组织中枝晶发达,存在锡原子偏聚;经各自最佳时效工艺处理后,含2.43%铝合金的硬度最大,达到236 HV,不含铝合金的电导率最高,达到15.3%IACS;随变形量的增加,合金的硬度不断增大;当冷变形量为50%时,含2.43%铝的合金硬度最高,达到260 HV,电导率为10.7%IACS,且加工时未出现裂纹.可以替代Cu-9Ni-6Sn合金。

微量元素Cr对Al-13Si-3Cu-2Ni-1Mg-0.5Fe合金微观组织和力学性能的影响

采用惰性气体保护的电阻熔炼技术制备了不同Cr含量的Al-13Si-3Cu-2Ni-1Mg-0.5Fe合金。采用OM、SEM、EDS、XRD、布氏硬度仪和电子万能试验机分析了铸态和热处理态下不同Cr含量合金的微观组织、相组成、硬度分布、室温和高温力学性能。结果表明,添加Cr元素之后,合金中的长针状或片状的β-Al FeSi相逐渐转变成短棒状或汉字状的α-Al FeSi相。随着Cr含量增加,短棒状α-Al FeSi相数量明显增多。添加不同Cr的铸态合金布氏硬度和抗拉强度均较未加Cr的合金轻微减小。经热处理之后,合金硬度和抗拉强度较铸态明显提升;添加Cr元素之后,合金的高温抗拉强度显著提升,Cr含量为0.45%时,合金高温抗拉强度高达129 MPa,较未加Cr的合金(95 MPa)提升了35.8%。

S_2O_3^(2-)对Cu-15Ni-8Sn合金在NaCl溶液中点蚀的影响

采用动电位极化法对Cu-15Ni-8Sn合金的点蚀行为进行了研究,结果表明,在不同浓度的NaCl(0.01%,0.1%,1%和10%)溶液中,随着Cl-浓度的增大,Cu-15Ni-8Sn合金试样的耐点蚀性能下降,蚀孔半径显著增加。当向NaCl溶液中加入较低浓度(0.001,0.01,0.1mol/L)的Na2S2O3时,Cu-15Ni-8Sn合金试样的点蚀敏感性降低,点蚀受到明显抑制。而当Na2S2O3的加入浓度逐渐升高到1mol/L时,Cu-15Ni-8Sn合金试样耐点蚀性能没有提高。

Cu-2.1Ni-0.5Si合金热处理工艺研究

对Cu-2.1Ni-0.5Si合金在时效过程中的电导率、布氏硬度及抗拉强度的变化进行了研究,采用扫描电镜观察时效后合金的显微组织,分析第二相的分布及形成机理,以及时效组织的强化机制。结果表明Cu-2.1Ni-0.5Si合金在900℃固溶1 h后再500℃时效1h可得到最佳性能,该合金时效初期即1～2h时组织是以调幅分解和有序化强化交替进行,2h以后主要以Ni2Si相的析出为主要强化机制。

Cu-9.5Ni-2.3Sn-0.15Si合金组织与性能研究

研究了在Cu-9.5Ni-2.3Sn合金中添加质量分数为0.15%的Si后对该合金铸态及时效态微观组织、电导率和硬度的影响.结果表明:添加0.15%的Si后,合金出现发达的树枝状晶体,且有Ni_2Si、Ni_3Si、Ni_3Sn和Ni_4Sn相出现.经400℃×4 h时效处理后,Ni_2Si、Ni_3Si相的析出使得合金得到强化.合金电导率随时效时间的延长和温度的提高而升高,硬度在时效初期随时效温度的提高和时效时间的延长而提高,在430℃时效2 h和在400℃时效8 h得到峰值,较佳时效工艺为400℃×8 h.

制备工艺对Cu-11Ni-2W合金组织和导热性能的影响

采用真空非自耗电弧熔炼和高频感应熔炼喷铸成型两种工艺制备Cu-11Ni-2W合金,研究了制备工艺对合金组织和导热性能的影响。结果表明:电弧熔炼工艺制备的合金试样组织晶粒粗大,相组成为α固溶体和少量W相;高频感应熔炼喷铸工艺制备的合金试样组织晶粒细小,相组成为单相α固溶体;本文实验条件下,电弧熔炼制备试样的导热率为67.2W/(m.K),熔点为1157.27℃,感应熔炼喷铸工艺制备试样的导热率为47.8W/(m.K)。

Cu-7Ni-7Al-2Fe-2Mn-0.5Ti合金高温热变形行为

采用Gleeble-1500D热模拟试验机,在温度为550900℃,应变速率为0.00110 s-1的条件下对Cu-7Ni-7Al-2Fe-2Mn-0.5Ti合金的热变形行为进行研究。分析应变速率和变形温度对合金热变形组织的影响,建立合金Cu-7Ni-7Al-2Fe-2Mn-0.5Ti的热变形本构方程。结果表明：Cu-7Ni-7Al-2Fe-2Mn-0.5Ti合金高温热变形时的热变形激活能Q为318883 J·mol-1,合金的流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低。当变形温度较高、应变速率较低时,合金容易发生动态再结晶。

Cu-9.5Ni-2.3Sn-0.5Si合金的固溶处理工艺与组织性能研究

采用金相显微镜、扫描电镜、EDAX能谱仪、X射线衍射仪、SIGMASCOPE SMP10型导电仪、维氏硬度计等,研究了热处理工艺对Cu-9.5Ni-2.3Sn-0.5Si合金组织和性能的影响。结果表明:Cu-9.5Ni-2.3Sn-0.5Si合金晶粒尺寸随固溶温度升高而长大;随着固溶温度的升高或固溶时间的延长,电导率先降后升,而硬度则下降。此外,合金经850℃×2 h固溶处理后,形成了Ni2Si、Ni31Si12相并占据了γ-(Cu,Ni)3Sn相的形核位置,此时电导率为12.0%IACS,硬度可达152 HV。

基于热加工图的Cu-Ni-Si-P合金的高温热变形行为

在Gleeble-1500D热模拟试验机上,通过高温等温压缩试验,对Cu-2.0Ni-0.5Si-0.03P合金在应变速率为0.01～5 s-1、变形温度为600～800℃的动态再结晶行为以及组织转变进行了研究。结果表明:在应变温度为750、800℃时,合金热压缩变形流变应力出现了明显的峰值应力,表现为连续动态再结晶特征。同时从流变应力、应变速率和温度的相关性,得出了该合金高温热压缩变形时的热变形激活能(Q)为485.6 kJ/mol和热变形本构方程。根据动态材料模型计算并分析了该合金的热加工图,利用热加工图确定热变形的流变失稳区,并且获得了试验参数范围内热变形过程的最佳工艺参数,温度为750～800℃,应变速率范围为0.01～0.1 s-1,并利用热加工图分析了该合金不同区域的高温变性特征以及组织变化。

基于数值模拟的通海阀铜合金铸件工艺优化

针对某船舶通海阀在铸造过程中易产生缩孔、缩松等缺陷问题,以Cu-7Ni-7Al-4Fe-2Mn合金通海阀铸件为研究对象,使用三维制图软件UG构建了铸件3D模型,并结合通海阀铸件的结构特性,设计了底注式浇注系统。利用数值模拟软件模拟了铸件的砂型铸造过程,分析了可能出现缩孔、缩松缺陷的位置,优化了通海阀铸件的浇注系统。研究了浇注温度、浇注时间、铸型预热温度等参数对铸件缩孔、缩松率的影响规律,结合正交试验方法优化出匹配的铸造工艺参数。研究结果表明,工艺参数对通海阀铸件缩孔率的影响程度从大到小依次是浇注时间、铸型预热温度、浇注温度。优化后的工艺参数分别为浇注温度1 200℃,浇注时间30 s,铸型预热温度35℃。通过在铸造缺陷较多的部位增大冒口尺寸,有效减少了缩孔、缩松铸造缺陷的产生。

Effect of vacuum heat treatment on microstructure and microhardness of cold sprayed Cu-4Cr-2Nb alloy coating

The effect of vacuum heat treatment on the microstructure and microhardness of cold-sprayed Cu-4%Cr-2%Nb alloy coating was investigated. The heat treatment was conducted under the temperatures from 250 ℃ to 950 ℃ with a step of 100 ℃ for 2 h. It was found that a dense thick Cu-4Cr-2Nb coating could be formed by cold spraying. After heat treatment, a Cr2Nb phase was uniformly distributed in the matrix, which was transferred from the gas-atomized feedstock. A little grain growth of Cr2Nb phase was observed accompanying with the healing-up of the incomplete interfaces between the deposited particles at the elevated temperatures. The coating microhardness increases a little with increasing the temperature to 350 ℃, and then decreases with further increasing temperature up to 950 ℃. This fact can be attributed to the microstructure evolution during the heat treatment.

Cu-1.4Ni-1.2Co-0.6Si合金的析出与再结晶的交互行为

通过对施加30%～70%的冷变形量的Cu-1.4Ni-1.2Co-0.6Si合金时效过程中的显微硬度及导电率规律分析和透射电镜观察,发现固溶合金时效前冷变形可加速时效初期第二相析出,导电率得以快速上升。如合金经过30%形变400℃时效1 h后导电率可达43%IACS,而固溶后直接时效为40.7%IACS。经过冷轧-时效后,沿位错分布着许多细小的析出相,使位错在时效过程中运动困难,同时合金内形成了高密度的位错,析出相弥散细小分布在基体中,故可以获得较高的显微硬度,如经30%形变于400℃时效2 h其显微硬度可达HV223,而未加形变直接时效合金的显微硬度为HV202。形变析出与再结晶过程中再结晶时间tR和时效析出时间tP取决于形变量和时效制度,在一定的形变量和较高的时效温度的条件下,合金内晶粒易发生再结晶。合金70%变形500℃时效2 h,由于基体中产生高密度的位错,会降低再结晶激活能QR,故在显微组织中发现了亚晶粒,从而降低了合金的强化效果,此时其显微硬度为HV206。该合金在450℃时效处理时组织转变主要有两种：一是第二相弥散分布在铜基体中;另一种是析出与再结晶交互作用而产生的不连续析出。

热处理对Cu-0.4Co-0.2Ni-0.2Sn铜合金组织与性能的影响

采用下引式真空连铸法制备了Cu-0. 4Co-0. 2Ni-0. 2Sn铜合金,利用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪等测试手段,研究了热处理对Cu-0. 4Co-0. 2Ni-0. 2Sn铜合金微观组织、强度和导电率的影响。结果表明,铜合金铸态晶粒粗大,基体由Cu-Sn组成;热处理后由Co、Ni组成的第二相大量析出;随着热处理温度的升高,合金的强度先上升后下降,500℃时达到峰值521 MPa;铜合金的电阻率先降低后略微增加,500℃时达到最小值0. 02 257×10-6Ω·m。

放电等离子烧结制备铁基合金

采用脉冲+恒流电流烧结方法对Fe-2Cu-2N i-1Mo-0.8C混合粉末进行了快速烧结,通过对不同脉冲电流通电时间烧结样品的显微组织、断口形貌进行分析,并对样品的密度和抗弯强度进行测试,研究了粉末的脉冲+恒流电流烧结行为.结果表明:当脉冲峰值电流、基值电流、占空比和频率分别为3 000 A、360 A、50%和50Hz,空载恒流电流为1 389A时,经脉冲和恒流电流各烧结3m in后,合金的密度和抗弯强度分别达到最大值7.61 g/cm3和1 540MPa;该烧结材料的显微组织以珠光体为主,其中包含块状或网络状分布的铁素体、奥氏体及少数未扩散均匀的合金相;弯曲断口呈现解理、韧窝和沿晶的混合断裂特征;与常规烧结相比,放电等离子烧结不仅能改善烧结材料的性能,而且能提高加工效率.

La和Er对Al-13Si-5Cu-2Ni-1Mg合金组织和性能的影响

研究了La和Er对铸造Al-13Si-5Cu-2Ni-1Mg合金组织和力学性能的影响。结果表明,La对共晶Si有较强的变质作用,在合金中生成块状、长针状富La相;Er可以明显减小二次枝晶间距,在合金中可生成块状、短棒状富Er相。合金中复合添加0.2%的La和0.2%的Er时,二次枝晶间距、初生Si、共晶Si和金属间化合物的尺寸同时减小,La、Er相互作用可以抑制富稀土相的生长,使合金中引入尺寸细小且弥散分布的富稀土相,此时合金力学性能最佳,25和350℃时抗拉强度分别为274MPa和91MPa。

70Cu-30Ni合金管FeSO_(4)预成膜及冲刷腐蚀行为分析

通过动态FeSO_(4)溶液冲刷在70Cu-30Ni合金管内壁形成稳定的FeSO_(4)预成膜层,并通过不同速率的动态海水冲刷试验,研究预成膜层的耐海水冲刷腐蚀行为。FeSO_(4)预成膜实验结果显示,在200 mg/L FeSO_(4)溶液0.5 m/s流速下经历4 d冲刷,70Cu-30Ni合金管内壁形成一层淡黄色金属光泽膜层,随着时间增加,膜层颜色加深,厚度增加;30 d时,会形成底层NiO-Ni(OH)_(2)层,中间层Cu_(2)O-FeOOH致密层和表层Fe_(2)O_(3)-FeOOH疏松层的复合膜层。3个月周期的动态海水冲刷腐蚀试验结果显示,经历动态海水冲刷后,0.5和1.5 m/s低冲刷流速下试样的预成膜层保存较完整,仅出现轻微疏松层减薄现象;2.5 m/s高冲刷流速条件下,预成膜膜层局部位置存在疏松层剥离现象。XPS分析显示,高冲刷流速下,耐蚀膜层中Ni含量略有增加,Cu_(2)O在Cu组分中的含量增加,FeOOH含量在Fe组分中增加。电化学测试显示,随着冲刷流速的增加,预成膜层的电荷传递阻抗逐渐减小,由0.5 m/s状态下的2.28×10^(5)Ω·cm^(2),减小到2.5 m/s时的6.51×10^(4)Ω·cm^(2)。70Cu-30Ni合金管FeSO_(4)预成膜层组成为NiO-Ni(OH)_(2)/Cu_(2)O-FeOOH/Fe_(2)O_(3);随着冲刷速率的增加,合金管局部腐蚀现象更加显著。