高強(qiáng)度高彈性銅合金的組織和性能研究.pdf

1、鈹青銅作為一種彈性合金,具有強(qiáng)度和彈性極限高、高溫抗應(yīng)力松弛能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于電子電路、機(jī)械制造等行業(yè)。但是,鈹?shù)幕衔锘蚍蹓m有劇毒,熱穩(wěn)定性不高。因此,尋求一種無污染、高性能的合金材料來替代鈹青銅是十分必要的。
　　本文選用Cu-5.6Ni-2.5Mn為研究對(duì)象,通過添加 Sn、Al、Zr元素制成Cu-5.6Ni-2.5Mn-2Sn、 Cu-5.6Ni-2.5Mn-2Sn-Al、 Cu-5.6Ni-2.5Mn-2Sn-

2、2Al、Cu-5.6Ni-2.5Mn-2Sn-2Al-0.2Zr、Cu-5.6Ni-2.5Mn-2Sn-3Al和Cu-5.6Ni-2.5Mn-3Al六種合金,并進(jìn)行不同的壓力加工和熱處理。對(duì)上述合金試樣進(jìn)行微觀組織、力學(xué)性能和導(dǎo)電性能進(jìn)行對(duì)比分析,探討Sn、Al、Zr元素、冷變形和時(shí)效工藝對(duì)Cu-5.6Ni-2.5Mn微觀組織、物理性能的影響,進(jìn)行確定成分最佳配比和加工工藝。研究表明:
　　六種不同組分的合金經(jīng)850℃×1h固溶后

3、,在350℃-600℃條件下進(jìn)行3-6h的時(shí)效處理,對(duì)比它們的微觀組織與力學(xué)和導(dǎo)電性能發(fā)現(xiàn),隨著時(shí)效溫度的增加或時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng),析出相逐漸增多并彌散分布,使合金得到強(qiáng)化,硬度達(dá)到最高,導(dǎo)電率有所上升,若繼續(xù)升高溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間,將出現(xiàn)過時(shí)效現(xiàn)象,硬度和導(dǎo)電率下降;對(duì)比經(jīng)0％-50％的冷變形量后合金的的組織與性能得知,隨著變形量的加大,合金晶內(nèi)出現(xiàn)大量的滑移帶和孿晶帶,硬度和強(qiáng)度提高,導(dǎo)電率稍有上升,比未經(jīng)冷變形的同種合金具有更好的綜合

4、性能。分析不同熱處理工藝和壓力加工下各合金的微觀組織與力學(xué)性能,最終確定了六種合金的較佳熱處理工藝。
　　通過分析不同 Al含量的Cu-5.6Ni-2.5Mn-2Sn合金的物理性能和熱加工性能,發(fā)現(xiàn)隨著Al元素的添加,合金的硬度和強(qiáng)度不斷升高,導(dǎo)電率下降,若Al元素含量超過3％,在熱加工過程中合金易出現(xiàn)裂紋,如Cu-5.6Ni-2.5Mn-2Sn-3Al合金在熱軋和拉伸時(shí)容易出現(xiàn)裂紋和異常斷裂,導(dǎo)電率很低,性能較差;研究了添加 Z

5、r元素對(duì)Cu-5.6Ni-2.5Mn-2Sn-2Al合金組織與性能的影響,發(fā)現(xiàn)微量Zr元素可以細(xì)化合金的晶粒,提高銅合金的強(qiáng)度,強(qiáng)化晶界,減少富Sn偏析;研究了Sn對(duì)Cu-5.6Ni-2.5Mn-3Al合金組織與性能的影響,發(fā)現(xiàn) Sn元素的添加使 Cu-5.6Ni-2.5Mn-3Al合金的成分偏析和熱脆性幾率增加,大大降低了合金的使用壽命。綜合對(duì)比六種合金,發(fā)現(xiàn)添加2％Al和0.2Zr的Cu-5.6Ni-2.5Mn-2Sn-2Al-0.

6、2Zr合金在保證導(dǎo)電率的同時(shí)具有較高的硬度和優(yōu)異的熱加工性能。
　　比較六種合金得知,Cu-5.6Ni-2.5Mn-2Sn-2Al-0.2Zr合金經(jīng)850℃×1h固溶+46％冷變形+450℃×4h時(shí)效處理后,組織均勻,物理性能優(yōu)異,硬度為272HV,導(dǎo)電率為9.8％IACS,硬度和導(dǎo)電率配比較理想。經(jīng)測(cè),其彈性模量E為115GPa, es為554MPa, ea為1.33 MJ·m-3,與鈹青銅的相當(dāng),具有良好的綜合性能,可替代鈹青