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。

合金元素对Cu-Ni基熔覆层组织和性能的影响

为改善高强钢的表面性能,利用电弧熔覆技术在X80钢表面制备了两种添加不同合金的铜基熔覆层,分别为Cu-Ni-Fe-Nb-W和Cu-Ni-Fe-Ti。采用OM、SEM、EDS、显微硬度计、摩擦磨损试验机以及电化学工作站等仪器设备研究了Nb-W、Ti等合金元素对Cu-Ni基熔覆层组织和性能的影响。结果表明,两组Cu-Ni基熔覆层的显微组织由底部到顶部均为平面晶、胞状晶、树枝晶和等轴晶,Nb-W和Ti均有细化Cu-Ni熔覆层组织的作用。Cu-Ni-FeNb-W熔覆层的平均硬度值为161.9 HV0.1,Cu-Ni-Fe-Ti熔覆层的平均硬度值为176.4 HV0.1,且Cu-Ni-Fe-Ti熔覆层的摩擦系数和磨损量均低于Cu-Ni-Fe-Nb-W熔覆层,表明添加Nb-W和Ti能够提升熔覆层的力学性能,且添加Ti元素的效果要优于Nb-W元素。电化学测试表明,添加合金元素的Cu-Ni基熔覆层的耐蚀性要明显优于X80钢的耐蚀性,且Cu-Ni-Fe-Ti熔覆层的耐蚀性优于Cu-Ni-Fe-Nb-W熔覆层。

冷轧变形对引线框架用Cu-Ni-Si合金硬度与导电性能的影响

对固溶态Cu-4.0Ni-0.5Si合金进行了不同变形量冷轧试验,采用维氏硬度计、涡流电导仪、SEM等研究了冷轧变形量对冷轧态、时效态Cu-Ni-Si合金的硬度、导电性及组织的影响。结果表明:经过冷轧变形后,Cu-4.0Ni-0.5Si合金的硬度得到明显提高,导电率有所下降。对不同变形量冷轧的合金进行450℃的时效处理,冷轧变形量越大,Cu-4.0Ni-0.5Si合金时效过程中合金元素析出越完全,合金的导电率越高,合金硬度达到峰值的时效时间就越短。80%冷轧+450℃×6 h时效的Cu-4.0Ni-0.5Si合金的导电率最高,为62.5%IACS。

Mn含量对铸态Cu-Ni-Cr合金组织和性能的影响

采用大气熔炼制备了Cu-Ni-Cr-xMn(x=0、1、3、5、7和9 mass%)合金,采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和电子万能试验机等研究了Mn含量对铸态Cu-Ni-Cr-xMn合金显微组织和性能的影响。结果表明:铸态Cu-Ni-Cr-xMn合金的组织由富Cu相(γ1)、富Ni相(γ2)和富Cr相组成,Mn的添加显著改变了Cu-Ni-Cr-xMn合金组织中第二相的偏聚形式。Mn的加入使Cu-Ni-Cr-xMn合金组织中的Cr元素在富Ni区显著聚集,富Ni区的Cr含量显著增高。随着Mn含量的增加,基体上结节状富Ni相(γ2)和富Cr相尺寸减小,分布更加均匀,大量细小富Cr第二相的存在显著提升了合金的力学性能。当Mn含量为3%时,小尺寸富Cr第二相开始在晶界处偏聚形成链状结构,对合金的力学性能产生了不利影响。当Mn含量为7%时,Mn原子固溶强化及第二相细化效果显著,合金的力学性能最佳,其硬度和抗拉强度分别为195.06 HB和401 MPa。

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。

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%。

Si含量对Al-Si-Cu-Ni-Mg合金组织和性能的影响

采用搅拌铸造工艺制备不同Si含量合金,旨在揭示Si含量对Al-Si-Cu-Ni-Mg合金微观组织、力学性能和耐磨性的影响。结果表明,随着Si含量升高,合金中共晶Si长径比和平均长度先升高后降低,Si含量为16wt.%合金的长径比和平均长度最大,分别为8.8μm、24.1μm。经过520℃/6 h固溶+180℃/5 h时效处理后,共晶Si形貌由纤维状变为球状,初晶Si棱角钝化。合金中共晶Si长径比和平均长度均有明显降低,保持与铸态合金相同的变化趋势;Si含量为16wt.%合金的长径比和平均长度分别为3.5μm、12.4μm,初晶Si尺寸没有明显变化。随着Si含量的升高,铸态合金拉伸性能逐渐降低,宏观硬度逐渐上升。经过T6热处理后,合金的拉伸性能和宏观硬度有了明显提升,保持与铸态合金相同的变化趋势,随着Si含量的升高,合金磨损失重减少,耐磨性得到改善。Si含量为16wt.%的合金磨损失重最少,耐磨性最好;继续增加Si含量时,合金耐磨性降低。

轧制形变热处理对Cu-Ni-Si系合金性能和微结构的影响

对比了Cu-Ni-Si合金二次固溶态(790℃×120 min)和大变形冷轧(98.42%累积变形量)+二次时效态(420℃×480 min)的强度、硬度、导电率等性能的变化规律,分析了两种不同形变热处理工艺状态下合金的显微组织和断口形貌。结果表明:大变形冷轧+二次时效工艺条件下制备的合金平均晶粒尺寸为4.28μm;析出相主要由Cr3Si与Ni2Si构成,平均尺寸分别为65 nm和11 nm,呈弥散分布,且合金内出现大量纳米孪晶。累积大变形产生的形变强化和弥散分布的纳米级析出相形成的析出强化,以及大量纳米孪晶的形成,是Cu-Ni-Si合金力学性能显著提升的主要因素。大变形冷轧+二次时效处理后的合金导电率、硬度、抗拉强度、屈服强度分别为27.2%IACS,HV 231.98,707 MPa,703MPa,较二次固溶态合金分别提升了32.60%,94.67%,204.74%,575.96%。二次固溶态合金断口形貌主要由大而深的韧窝组成,大变形冷轧+二次时效态合金断口形貌主要由小而浅的韧窝组成,数量较多,分布致密。

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。

Si的添加对Cu-Ni-Al合金显微组织和性能的影响

Cu-Ni-Al合金作为一种超高强、导电的弹性铜合金,在电子工业、航空航天、仪器仪表等方面应用广泛。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和扫描透射电镜(STEM)对Cu-6Ni-2.76Al和Cu-6Ni-2.76Al-0.4Si合金时效后的显微组织进行了研究。结果表明:Cu-6Ni-2.76Al合金在经过900℃×12 h均匀化退火+80%热轧变形+950℃×2 h固溶+50%冷轧变形+500℃×8 h时效处理后的综合性能较好,硬度为279.5 HV0.3,导电率为16.14%IACS,合金的强化相为纳米级球状颗粒γ′-Ni3Al相;Cu-6Ni-2.76Al-0.4Si合金在经过900℃×12 h均匀化退火+80%热轧变形+950℃×2 h固溶+50%冷轧变形+450℃×2 h时效处理后的综合性能优异,硬度为313.2 HV0.3,导电率为13.24%IACS,合金的强化相为纳米级颗粒γ′-Ni3Al相和δ-Ni2Si相。Si元素的添加对合金的导电率影响不大,但显著地提高了其峰值硬度,且缩短了达到硬度峰值所需要的时效时间,但也使得合金抗过时效能力下降。γ′-Ni3Al和δ-Ni2Si强化相与Cu基体的位向关系分别为:[001]_(Cu)∥[001]_(Ni_(3)Al)∥[001]_(δ);(110)_(Cu)∥(110)_(Ni_(3)Al)∥(100)_(δ);(110)_(Cu)∥(110)_(Ni_(3)Al)∥(010)_(δ)。沉淀强化作用对合金性能的提升最显著。

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。

高强耐磨Cu-Ni-Sn合金的应用和发展趋势

本文介绍了铜镍锡系合金研究及工业化发展历程,就高强耐磨Cu-N-Sn合金的应用与发展趋势做一些研究和探讨。高性能铜镍锡合金是一种具有超高强度(>1 300MPa)、弹性、优良耐磨性、耐蚀性以及高耐热性的无铍环保型高端铜合金。其超高疲劳强度、较高的耐热性、优异的耐海水和盐雾腐蚀性,极低的摩擦系数、优异的自润滑性以及优秀的抗冲击、抗咬合特性,使其成为高负载、高速和高腐蚀环境下工作的轴承、轴套、轴瓦的最佳制造材料。

水雾化Fe-Cu-Ni预合金粉末在串珠中的应用

金刚石串珠制备中,单质粉末配方易出现烧结温度不稳定、元素偏析、显微组织不均匀、强度硬度低等问题,胎体粉末的预合金化能有效改善此类问题。将胎体配方中的主要成分Fe、Cu、Ni采用水雾化技术制备成预合金粉。结果发现预合金粉在烧结过程中更稳定,同时各元素在烧结过程中未出现偏析现象,提高了烧结体的致密度、硬度及强度。并形成了韧性与脆性相结合的显微结构,在提高串珠锋利度的同时又增加了其耐磨度,进而提高了串珠的整体性能,延长了串珠的使用寿命。

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。

Al-Mg系合金中合金化元素作用及其对力学性能的影响

铝镁合金是轻量化材料应用领域中一种重要的金属材料,属于中高强度铝合金,具有较高的塑性、良好的耐蚀性以及优良的焊接性等优势,目前在航空航天、交通运输和军工制造等领域具有广阔的应用前景。笔者综述了铝镁合金力学性能特点以及用途,介绍了Al-Mg系合金中的强化机制,重点阐述了Al-Mg系合金中主合金化元素Mg及其含量对合金微观组织和力学性能的影响规律及机理,详细论述了Mn、Zr、Ti、Sc、Er、Y等微合金化元素的作用以及对Al-Mg系合金微观组织和力学性能的影响规律。最后,结合Al-Mg系合金当前研究现状,提出了今后值得研究的方向。

TiC对Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金非晶形成能力、微观组织及热稳定性的影响

铁基非晶合金存在非晶形成能力低、室温塑性差等问题,极大地限制了其在工程中的应用。基于“近混合焓+有效原子尺寸差”非晶合金成分设计理念设计了Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)全金属组元粉末,采用机械合金化球磨工艺成功制备出非晶态合金粉末,并研究了TiC陶瓷粉末的加入对Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金粉末非晶形成能力、微观形貌和热稳定性的影响。结果表明:Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金粉末具有较好的非晶形成能力和热稳定性,TiC陶瓷粉末均匀稳定的分布于Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)非晶合金粉末中。添加质量分数15%TiC陶瓷粉末延缓了球磨过程中Fe_(55)Nb_(15)Ti_(15)Ta_(15)合金粉末的合金化和非晶化进程,降低了热稳定性,使得球磨后粉末粒度变小,分布范围变宽。该项工艺可制备出具有较大室温塑性的大块铁基非晶合金原始粉末。

CoCrFeNiW_(x)高熵合金在室温及900℃下的摩擦磨损性能

采用真空电弧熔炼技术制备了CoCrFeNiW_(x)(x=0.25、0.5、0.75及1.0)系列高熵合金,研究了W元素含量对合金晶体结构、显微组织、力学性能以及室温与900℃摩擦学性能的影响.结果表明:合金中W含量较低时形成单相面心立方(FCC)固溶体,W含量较高时会促进金属间化合物μ相的形成,随着W含量提升,合金显微组织由FCC胞状树枝晶(x=0.25)转变为FCC树枝晶及晶间层片状(FCC+μ)共晶组织(x=0.5、0.75),最后转变为FCC基体上分布的粗大树枝状μ相(x=1.0).由于W元素的固溶强化及原位生成金属间化合物μ相的第二相强化作用,使合金的强度和硬度等力学性能显著增加的同时塑性降低.在试验载荷为10 N,滑动速度0.3 m/s的测试条件下,CoCrFeNiW_(x)系列高熵合金与Si_(3)N_(4)陶瓷球配副时的球-盘摩擦试验结果表明:W元素的添加显著改善了合金的室温耐磨性,但对摩擦系数的影响较小;而900℃摩擦时,摩擦表面形成的多元复合氧化物摩擦釉质层具有良好的减摩抗磨作用,特别是W元素氧化产生的WO_(3)显著降低了摩擦系数,从而显著提升了合金的高温摩擦磨损性能.本文中研究的系列高熵合金中,CoCrFeNiW_(0.75)高熵合金室温下的屈服强度为863 MPa,抗压强度达1 250 MPa,900℃仍能保持446 HV的硬度,并在室温及900℃下均具有良好的摩擦磨损性能,具有良好的工程应用前景.

高温合金熔化焊的研究现状及发展趋势

综述了高温合金熔化焊的研究进展.对电弧焊、电子束焊和激光焊等常见高温合金熔化焊工艺技术的优势和应用范围进行了阐述;介绍了常见的焊接裂纹类型,并对凝固裂纹、晶界液化裂纹、应变时效裂纹和失塑裂纹的形成机理及影响因素进行了概括总结;此外,从热输入、材料的成分和微观结构以及焊接残余应力等方面探讨了提高熔化焊焊接性的主要技术方法.由于母材合金成分和组织结构与焊接性能密切相关,在未来的发展中,应加强对新兴高温合金和传统不可焊高温合金等的成分设计,此外,也应关注焊接工艺技术的完善以及焊前和焊后处理方法的改进,协同提高高温合金的焊接性能,促进高温合金熔化焊的广泛应用.