Cu-15Ni-8Sn弹性合金的研究及发展趋势

本文简述了铜镍锡弹性合金的发展历程及逐步取代铍青铜的趋势,介绍了Cu-15Ni-8Sn合金的制备工艺和研究现状,重点综述了影响合金组织性能的主要因素,最后讨论了其未来的发展方向及趋势。     

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。     

铸造Cu-15Ni-8Sn合金的组织和力学性能

研究了铸造Cu-15Ni-8Dn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，则随时间的逢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。     

Ageing behavior of Cu-15Ni-8Sn alloy prepared by mechanical alloying

1INTRODUCTIONCu-Ni-Snal1oyshavebeenconsideredaspossiblesubstitutesforCu-Bealloysinthemanu-factureofc0nnectors,springcomponentsandsoforth,intheelectronicsindustriesbecauseoftheiroutstandingpropertiessuchashighstrength,highelasticmodulus,exce1lenterosi0nresistanceandhighresistancetostressrelaxationatelevatedtemperature['].Inaddition,com-paredwithCu'Bealloys,thelowcostandminorpollutioninthepreparationprocessofthealloyhavealsoattractedtheincreasingattentionofmanyresearchers.However,extensiv…     

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Ni2Si。在时效过程中，由于Ni2Si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。     

形变热处理对Cu-15Ni-8Sn系合金组织结构与性能的影响

利用力学、电学性能测试,金相显微分析、扫描和透射电镜观察等手段研究均匀化退火和形变热处理工艺对Cu-15Ni-8Sn-1.0Zn-0.8Al-0.2Si合金组织结构与性能的影响。合金铸锭经830℃,2 h+850℃,2 h双级均匀化退火处理,热轧变形后合金板材经850℃,1 h固溶处理,冷轧变形60%后,分别在400和450℃时效处理。当450℃时效时间为30 min时,合金硬度为3780 MPa,电导率8.0%IACS,抗拉强度1144 MPa,屈服强度1098 MPa,延伸率3.29%;在400℃时效1 h时,合金硬度为3900 MPa,电导率7.4%IACS,抗拉强度1164 MPa,屈服强度1112 MPa,延伸率3.05%。合金的强化效应主要来源于调幅分解强化、析出强化和亚结构强化的共同作用,同时,溶质原子的析出使基体固溶度降低,合金电导率提高。合金经双级均匀化退火处理后为均匀的等轴晶组织,在400℃,1 h时效过程中发生调幅分解,同时析出具有L1_2结构的β-Ni_3Sn析出相,其与Cu基体的晶体取向关系为:(002)_(Cu)‖(00 1)_β,[110]_(Cu)‖[110]_β;(220)_(Cu)‖(110)_b,[112]_(Cu)‖[112]_β。     

气隙热阻对水平连铸Cu-15Ni-8Sn合金组织和成分分布影响

通过在结晶器底部开设圆弧槽形成气隙热阻来改善水平连铸Cu-15Ni-8Sn合金的组织和成分均匀性。首先基于合金水平连续铸造过程的温度场模拟,分析了不同圆弧槽角度、长度和厚度的结晶器结构对合金结晶区温度分布的影响。然后基于优化了圆弧槽结构的结晶器和未开设圆弧槽的结晶器,进行了直径为65mm铸锭的水平连铸工艺试验。结果表明,随着开设圆弧槽的角度、长度及厚度的增加,上部与下部固液界面的相对水平距离缩小,固液界面与棒坯轴向夹角趋于90°,凝固过程中棒坯的温度场均匀性明显提高。相比于不开设圆弧槽的棒坯,当开槽角度为180°、开槽长度为144mm、开槽厚度为5mm时,上部与下部固液界面的相对水平距离仅为未开槽时的7%。由于温度场分布更合理,棒坯上部和下部的组织和成分均匀性得到显著改善。     

热处理对粉末冶金Cu-15Ni-8Sn合金组织与性能的影响

以Cu-15Ni-8Sn合金粉为原料制备了粉末冶金试样,研究其在不同的固溶温度、冷压变形、时效温度和时效时间条件下的硬度,着重研究了840℃×15 min固溶+40%冷压变形条件下时效温度和时间对硬度及剪切强度的影响规律,采用金相及扫描电镜分析了相应的微观组织。结果表明,影响Cu-15Ni-8Sn合金硬度的主次因素为:冷压变形量>时效时间>时效温度>固溶温度,较优的工艺参数为840℃×15 min固溶+40%冷压变形+400℃×4 h时效,可获得37.6～38.3 HRC的高硬度和570～628 MPa的抗剪切强度。     

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(960℃～700℃)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。     

时效对铸造Cu-15Ni-8Sn合金组织与性能的影响

对铸造Cu-15Ni-8Sn合金进行均匀化处理和固溶处理后,研究了时效温度和时效时间对合金硬度和导电率的影响。通过对显微组织以及硬度和导电率的变化分析结果表明,时效时间和时效温度对Cu-15Ni-8Sn合金的硬度和导电率都有较大影响,并确定了Cu-15Ni-8Sn合金最佳时效时间是5 h,最佳时效温度是425 ℃。     

超高强度Cu-5.2Ni-1.2Si合金的形变热处理

研究不同形变热处理条件下Cu-5.2Ni-1.2Si合金的性能与显微组织结构,对合金的力学性能和电学性能进行测量,并采用金相显微镜、透射电镜及电子衍射分析其显微组织。结果表明：时效前的冷变形可以加速时效析出过程,在时效初期尤为明显;在450℃时效时该合金的峰时效有3种强化机制：调幅组织强化、析出的第二相粒子强化和有序强化;析出的第二相粒子主要是Ni2Si粒子;采用铸锭—热轧—冷轧（变形量为60%）—时效工艺处理的合金可以得到硬度和导电率的最优组合。     

Thermomechanical treatment of super high strength Cu-8.0Ni-1.8Si alloy

The microstructures and properties of Cu-8.0Ni-1.8Si alloy subjected to different heat treatments were examined by mechanical and electrical properties measurements, optical and transmission electron microscopes observation. The results show that the precipitation process during aging can be accelerated by the cold deforming before aging. As the Cu-8.0Ni-1.8Si alloy is subjected to solution treatment at 970 ℃ for 4 h, cold rolling to 60% reduction, and then aging at 450 ℃ for 60 min, its properties are σb=1 050 MPa, σ0.2=786 MPa, δ=3.2% and conductivity 27.9%（IACS）. The strengthening mechanisms of the alloy include spinodal decomposition strengthening, ordering strengthening and precipitation strengthening. The precipitation of the alloy is nano-scale Ni2Si phase.     

机械合金化和熔炼法制备的Cu—15Ni—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（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400℃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。     

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＇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＇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。     

Microstructure and properties of Cu-15Ni-8Sn-0.4Si alloy

1　INTRODUCTIONSpinodalCu Ni SnalloyshavebeenconsideredassubstitutesforCu Bealloysbecauseoflowprice ,out standingpropertiesandsoforth .ItisanewCu basespringmaterialwithgreatpotential[13] .InCu Ni Snsystem ,Cu 15Ni 8Snalloysare graduallystressedwithhighcorrosion resistanceandexcellentresistancetostressrelaxation .However ,therearefewreportsofthisaspectinourcountry .ItisveryimportanttosuppressthediscontinuousprecipitationforCu 15Ni 8Snalloy ,atthesametime ,lowconductivityshouldbecompe…     

不同冷却条件对铸态Cu-15Ni-8Sn合金析出物的影响

采用离心浇铸、铜模浇铸水冷法以及甩带快速凝固3种方法制备得到Cu-15Ni-8Sn合金。通过金相及扫描电镜对合金进行组织分析、能谱微区成分分析。结果表明,采用铜模浇铸水冷法相比离心浇铸法,能细化枝晶并减少Sn的偏析,但效果不甚显著;而快速凝固法制备的合金,则未见明显Sn偏析,以此法制备的作为原料的预合金应能制备出性能更优的试样。     

Age-hardening behavior and microstructure of Cu-15Ni-8Sn-0.3Nb alloy prepared by powder metallurgy and hot extrusion

Cu-15Ni-8Sn-0.3Nb alloy rods were prepared by means of powder metallurgy followed by hot extrusion. Element maps obtained by electron probe micro analyzer (EPMA) showed that Nb-rich phases were formed and distributed within grains and at grain boundaries of the Cu-15Ni-8Sn-0.3Nb alloy. Transmission electron microscope (TEM) results indicated that there was no obvious orientation relationship between these phases and the matrix. Spinodal decomposition and ordering transformation appeared at early stages of aging at 400 °C and caused significant strengthening. Cu-15Ni-8Sn-0.3Nb alloy exhibited both higher strength (ultimate tensile strength >1030 MPa) and higher tensile ductility (elongation>9.1%) than Cu-15Ni-8Sn alloy after aging treatment. The improvement was caused by Nb-rich phases at grain boundaries which led o the refinement of grain size and postponed the growth of discontinuous precipitates during aging.     

Cu-60Ni-10Al和Cu-60Ni-15Al三元合金在800℃的高温氧化行为

研究了Cu-60Ni-10Al和Cu-60Ni-15Al（at％）在800℃的氧化行为。2种合金在初始阶段氧化较快，但与相应的Cu-Ni二元合金相比，铝的存在使合金的氧化速率大为降低；随着完整的保护性Al2O3层形成，合金的氧化速率进一步降低。氧化24h后，Cu-60Ni-10Al氧化膜外层仍有铜镍氧化物存在，10at％Al不足以使合金得到完全保护；而Cu-60Ni-15Al氧化膜完全由Al2O3层组成。对于60at％Ni的Cu-Ni-Al三元合金，获得完全保护的最佳铝浓度在10at％～15at％之间。     

Cu-3.2Ni-0.75Si合金时效初期的调幅分解过程

利用透射电镜及X射线衍射仪研究了Cu-Ni-Si合金时效早期的组织转变规律，结果表明，该合金在时效早期，过饱和固溶体首先短程有序化，随后通过成分调幅形成贫，富溶质区，成分调幅过程中伴随有序反应，最终在溶质富集区内形成Ni2Si相，通过构造热力学图形，直观地解释了该合金时效早期调幅分解与有序化共存的可能性。     

Cu-3.2Ni-0.75Si-0.30Zn合金强化相的析出行为分析

采用金相组织分析、力学性能和电导率测试研究了Cu-3.2Ni-0.75Si-0.30Zn合金的过饱和固溶体在时效过程中强化相的析出机制.结果表明,在250℃～450℃时效初期,过饱和固溶体按调幅分解的方式进行转变,形成溶质原子的贫集区和富集区;随时效时间的延长,溶质原子富集区出现有序化,形成与基体半共格的强化相（Ni2Si）;继续时效时,强化相不断析出与长大,半共格关系被破坏,最终在表面张力的作用下逐渐球化,电导率和显微硬度上升趋势随之减弱.