普通熔鑄與快速凝固Cu-15Ni-8Sn-XSi合金組織結(jié)構(gòu)與性能的研究.pdf

1、Cu-15Ni-8Sn合金具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)率以及較高的熱穩(wěn)定性等一系列優(yōu)良的特性，是一種很有發(fā)展前途的新型銅基彈性材料。但該合金由于合金元素Sn的含量高，采用傳統(tǒng)的熔鑄方法制備時(shí)，凝固過程中Sn易產(chǎn)生嚴(yán)重的枝晶偏析和宏觀反偏析。另外，合金時(shí)效后期易產(chǎn)生不連續(xù)沉淀，導(dǎo)致合金的強(qiáng)度、抗腐蝕性等性能大大降低。針對(duì)以上問題，將快速凝固技術(shù)引入到合金制備中，同時(shí)采取添加第四組元Si的措施以期抑制不連續(xù)沉淀的產(chǎn)生。 本文研究了普通熔鑄法和快

2、速凝固法制備的Cu-15Ni-8Sn-XSi合金在組織結(jié)構(gòu)、相組成、相變過程及性能上的特點(diǎn)，進(jìn)而分析探討了快速凝固過程以及添加Si對(duì)合金組織結(jié)構(gòu)與性能的影響及其作用機(jī)理，得出了以下幾點(diǎn)主要結(jié)論： 1、與普通熔鑄法相比，采用快速凝固方法制備Cu-15Ni-8Sn-XSi合金可使晶粒得到明顯細(xì)化，并且能有效抑制Sn元素的枝晶偏析和宏觀反偏析，從而使合金組織獲得優(yōu)化。 2、普通熔鑄與快速凝固Cu-15Ni-8Sn合金中添加Si

3、均可以起到晶粒細(xì)化的效果。這是由于添加的Si與Ni結(jié)合，形成Ni<,31>Si<,12>相和Ni<,3>Si相。其中，Ni<,3>Si 相具有與基體相同的結(jié)構(gòu)，并且點(diǎn)陣常數(shù)相近，因而具有變質(zhì)劑的作用，從而使晶粒獲得細(xì)化。相對(duì)于普通熔鑄法，采用快速凝固法制備 Cu-15Ni一8Sn-XSi合金時(shí)，Si的晶粒細(xì)化作用比較弱，這是由于快速凝固過程中極快的冷卻速度使得更多的Si固溶于合金基體中，使得生成的Ni-Si化合物數(shù)量較少，并且極快的冷卻

4、速度還促使大部分Ni<,3>Si相固溶于合金基體中，從而使得起變質(zhì)劑作用的Ni<,3>Si相的數(shù)量大大減少。 3、850℃×2h固溶處理可使普通熔鑄與快速凝固Cu-15Ni-8Sn-XSi鑄態(tài)合金中的γ相完全溶解于合金基體中。Ni<,3>Si相在固溶處理中可以固溶于基體中，而 Ni<,31>Si<,12>相相當(dāng)穩(wěn)定，850℃固溶處理尚不易將其溶解。對(duì)于采用普通熔鑄法制備的Cu-15Ni-8Sn-XSi合金，當(dāng)Si含量為0.3時(shí)

5、，即由于Si與Ni結(jié)合生成大量的細(xì)小Ni<,31>Si<,12>相而使合金在固溶處理過程中的晶粒長大趨勢受到明顯抑制，而對(duì)于快速凝固合金，由于極快的冷卻速度使較多的Si以合金元素的形式固溶于合金基體中，生成的Ni-Si化合物的數(shù)量相對(duì)較少，只有當(dāng)Si含量達(dá)到0.6時(shí)，才能獲得這種明顯的抑制晶粒長大的效果。 4、快速凝固合金的硬度值總體上要比普通熔鑄合金的更高一些，這是由快速凝固過程的細(xì)晶強(qiáng)化作用而獲得的。 5、添加Si

6、的普通熔鑄與快速凝固Cu-15Ni-8Sn合金中，由于添加的Si與Ni結(jié)合，形成Ni<,3l>Si<,l2>相和Ni<,3>Si相，其中分布于晶界的Ni<,3l>Si<,l2>相必然占據(jù)γ相不連續(xù)沉淀形核位置，時(shí)效過程中析出于晶界的Ni<,3>Si相也具有相同的作用，因而抑制了合金時(shí)效過程不連續(xù)沉淀的出現(xiàn)。對(duì)于普通熔鑄合金，當(dāng)Si的添加量為0.3時(shí)，這種抑制作用最強(qiáng)，合金能夠獲得最高的峰值硬度，Si含量繼續(xù)增加，其作用反而減弱。這是因?yàn)?/p>