Cu-9.7Ni-1.98Sn合金加工工艺研究

本文研究了铸态Cu-9.7Ni-1.98Sn合金的抗拉强度和导电性能,对合金的熔铸和热轧工艺进行了初步探讨。

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。

干摩擦条件下载荷和频率对Cu-15Ni-8Sn合金摩擦磨损性能影响研究

目的研究不同摩擦载荷及频率条件下Cu-15Ni-8Sn合金摩擦因数及磨损率的变化规律,探明机械参量变化对合金摩擦学性能的影响机制。方法采用熔炼法制备Cu-15Ni-8Sn合金,在干摩擦条件下对合金进行变载荷/变频率的销盘式往复摩擦实验,并对其摩擦因数、磨损率、磨损形貌及摩擦界面进行形貌及成分分析。结果随摩擦载荷的增大,2种载荷下Cu-15Ni-8Sn合金摩擦因数均呈现先增大后减小的趋势,整体在0.5~0.8之间;磨损体积随载荷的增加而增加;在2 Hz条件下合金的比磨损率随摩擦载荷的增大先降低后升高,在5 Hz条件下合金的比磨损率随摩擦载荷的增大先升高后降低;在高频高载条件下,磨损最为严重。磨痕及摩擦副表征结果显示,在干摩擦条件下,Cu-15Ni-8Sn合金主要以磨粒磨损和疲劳磨损为主;在摩擦过程中,合金基体及对偶同时发生磨损,剥落物以磨屑形式参与摩擦,因此在摩擦界面间发生元素转移。结论在干摩擦条件下,相较于摩擦频率,Cu-15Ni-8Sn合金受摩擦载荷的影响更大。合金磨屑以细小的颗粒状为主,但在低频率、高载荷条件下,会有大块片状磨屑。在干摩擦过程中,对磨副与合金之间会发生相互转移。随着载荷、频率的增加,摩擦层厚度也会变大,且摩擦过程中摩擦层内无剧烈氧化。

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。

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。

添加Si和Al的Cu-9Ni-2.5Sn合金的热处理工艺

对同时添加Si和Al的Cu 9Ni 2 5Sn合金进行了热处理工艺试验。通过金相、透射电镜观察其组织 ,并对其硬度、电导率进行了测量。分析结果表明 ,经添加Si和Al的Cu 9Ni 2 5Sn合金宜采用热轧 (96 0℃～ 70 0℃ )空冷 +冷轧 (变形量 90 % ) +时效 (480℃ )的热处理工艺。经此工艺处理后 ,合金在保持硬度不变的同时 ,其电导率显著提高。

Cu-9Ni-6Sn合金概述

综述了Cu-9Ni-6Sn合金的组织特征与强化机理,着重叙述了添加Mn对合金性能的改进,并介绍了合金的应用情况。

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。

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。

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。

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%。

Sn添加对Cu-3Ni-0.75Si-0.1Mg合金高温抗软化性能的影响及其机理

采用中频感应熔炼炉制备了4种不同Sn含量的Cu-3Ni-0.75Si-0.1Mg-xSn合金,研究了Sn添加对Cu-3Ni-0.75Si-0.1Mg合金高温抗软化性能的影响及其作用机理。结果表明,Sn元素的添加可提高合金的峰值硬度,且随着Sn含量的增加,其提升效果更显著;0.6%Sn元素的添加可提高Cu-3Ni-0.75Si-0.1Mg合金的抗软化温度,这与Sn元素的添加阻碍合金回复和再结晶行为有关;Cu-3Ni-0.75Si-0.1Mg-xSn合金在不同温度区间的退火软化机理不同,低温退火时(450~500℃),退火软化与回复相关;中温退火时(500~600℃),退火软化主要受回复和再结晶影响;当退火温度过高时(>600℃),退火软化主要受第二相粒子的粗化影响。

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。

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。

Cu-15Ni-8Sn合金的调幅相结构

利用透射电镜研究了Cu-15Ni-8Sn合金调幅相的显微结构和相变动力学.发现合金在完全淬火状态下,调幅分解迅速,调幅分解之后发生有序化.有序相具有DO22结构,由粗化的调幅组织转变为有序相的三种变体.分析有序化出现在调幅分解之后的原因是:有序化需要的溶质原子浓度高于溶质原子的平均浓度,需要借助于调幅分解的成分起伏来达到.并推测有序相的形貌为针状.

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。

机械合金化Cu-9Ni-6Sn合金的时效

本文对机械合金化法制备的 Cu-9Ni-6Sn合金的时效过程研究后发现 ,时效时发生调幅分解的临界温度为 4 0 0 -4 50℃。时效前施加一定冷形变量能够加速合金时效强化过程的进程 ,而且还提高了时效后硬度值。

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。

添加Mn和Cr对Cu-9Ni-6Sn合金组织与性能的影响

对中频真空熔铸含Mn量为0 76wt%～1 05wt%和Cr量为0 19wt%～0 21wt%的Cu 9Ni 6Sn合金的铸锭组织、时效和形变时效特征及其组织变化作了研究。实验证明:(1)0 76wt%～1 05wt%Mn、0 19wt%～0 21wt%Cr能完全固溶于Cu 9Ni 6Sn合金中;(2)含少量的Mn、Cr的合金的铸锭组织、时效硬化、形变时效和组织变化等基本特征与不含Mn、Cr的合金相类似,但少量Mn、Cr促进合金时效、形变时效过程,提高最佳时效温度,增加硬化效果和盐酸、硫酸水溶液中的耐蚀性。

Cu-15Ni-8Sn合金的研究现状及展望

综述了Cu-15Ni-8Sn合金的制备工艺、强化机理机制及微合金化等方面的研究进展,并讨论了该合金以后的发展趋势和研究方向。