Al、Si对低锡Cu-Ni-Sn合金微观组织和力学性能的影响

【摘要】：Cu-15Ni-8Sn合金由于具有高强韧、耐磨损、耐腐蚀、抗应力松弛性能好等特点,是一种优异的弹性合金材料,广泛应用于航空、船舶以及电子元器件等行业。然而合金中Sn元素含量过高会导致严重的Sn偏析,热加工时易发生开裂,降低了合金的加工性能和力学性能,限制了合金的商业化应用。因此,研制与Cu-15Ni-8Sn具有相近力学性能的低锡白铜合金是Cu-Ni-Sn系列合金的一个重要发展方向。本文采用“金属型铸造+热挤压+热处理”工艺流程制备了Cu-17Ni-2.5Sn-xAl(x=0、1.5、3)和Cu-9Ni-2.5Sn-1.5Al-xSi(x=0、0.5)合金,研究了微量元素Al、Si对热挤压态合金微观组织和力学性能的影响。并对Cu-17Ni-2.5Sn-1.5Al合金的时效过程进行了研究,主要结论如下:(1)在Cu-17Ni-2.5Sn-xAl合金中,Al元素的添加会使合金在热挤压过程中析出弥散分布的纳米级??-Ni_3Al颗粒,与基体之间存在着[100]_(??)//[200]_(Cu),[010]_(??)//[020]_(Cu)和[001]_(??)//[001]_(Cu)取向关系,可以有效地强化合金,细化合金的晶粒。Al元素的添加还可以在合金中形成强烈的固溶强化作用。随着Al含量的增加,合金的抗拉强度逐渐增大,延伸率则逐渐下降。1.5Al合金的抗拉强度为922 MPa,延伸率达18%。热挤压态合金在垂直于挤压方向的截面上存在强烈的111丝织构,织构强度随着Al含量增加而增加;在平行于挤压方向的截面上,0Al合金形成了Brass织构{011}211以及{110}322织构,1.5Al合金以Goss织构{011}100为主,3Al合金除了存在较强的Goss织构,还出现Cube织构{001}100以及Copper织构{112}111。(2)在Cu-9Ni-2.5Sn-1.5Al-xSi合金中,Si元素的添加会在合金中析出弥散分布的纳米级L1_2有序?-Ni_3Si颗粒,与基体存在[100]_β//[200]_(Cu),[010]_β//[020]_(Cu)和[001]_β//[001]_(Cu)取向关系,可以有效的抑制合金再结晶过程以及晶粒的长大,使得含Si合金形成包含原始变形组织和再结晶晶粒的微观结构。原始变形组织中存在着强烈的111丝织构。Si元素的添加可以有效的强化合金,强化方式主要为:再结晶区的细晶强化、原始变形组织中的织构强化、纳米级?-Ni_3Si颗粒的第二相析出强化,且以第二相析出强化为主,占比达67%。0.5Si合金的抗拉强度为861 MPa,延伸率则达18%。在平行于挤压方向,0Si合金织构不明显,存在着微弱的Brass织构{011}211;0.5Si合金则存在着强烈的P织构{011}122。(3)Cu-17Ni-2.5Sn-1.5Al在400?C~650?C时效过程中,只析出??-Ni_3Al相。在400?C时效初期,[110]_(??)与[220]_(Cu)之间存在一定的角度偏差,但随着时效温度以及时效时间的增加,角度偏差逐渐减小至0?且一直保持不变。在400?C~550?C时效,基体的显微硬度随着时效时间和温度的增加逐渐增加;在600?C~650?C时效不同时间,合金硬度存在峰值。