微量元素Si对Cu-6Ni-6Sn合金微观组织和力学性能的影响

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在铜基弹性导电合金中,铜镍锡合金较高弹性铍青铜而言,除具有高的强度和韧性外,还具有耐腐蚀、制备过程对环境无公害及生产工艺简单等优点。该合金在接插件、继电器以及仪表零件中具有广泛的应用,是最有可能取代铍铜的铜基弹性材料。近年来,铜镍锡合金以其优异的耐磨性能和良好的减磨效果,将逐渐成为重载机械滑动轴承的主要材料,主要应用场景为柴油机的轴承和衬套等。然而,由于我国对铜镍锡合金材料研究较晚,基础研究薄弱,产业化技术能力较差,材料制备加工过程中锡元素的偏析、晶界不连续析出物的控制、微观组织均匀性等核心关键技术尚未突破,致使我国重要设备类型的发动机轴承衬套材料长期依赖进口企业。针对上述问题,本论文系统地探讨了Cu-6Ni-6Sn合金在不同Si元素含量下的显微结构演化及机械性能的影响,从而制备出高性能Cu-Ni-Sn合金,为铜镍锡材料在滑动轴承方面的应用研究奠定了基础。主要工作及结论如下:1.在Cu-6Ni-6Sn合金中添加微量元素Si后可以起到细化枝晶、改善偏析和抑制不连续沉淀的作用。当Si的添加量为0.4wt%时,相较于添加其他Si含量(0wt%、0.2wt%),Cu-6Ni-6Sn-0.4Si合金具有更佳的组织结构。2.Cu-6Ni-6Sn合金中添加微量元素Si后会形成Ni31Si12相,该相具有较高地熔点,容易于在结晶界面上析出,并在后期的时效期间占有不连续的沉淀相形核位置,从而起到抑制后期不连续沉淀提高机械性能的作用。时效前进行预冷变形可以产生大量的位错,第二相Ni31Si12相的形成可以阻止位错运动达到加工硬化的效果。3.在Cu-6Ni-6Sn合金中添加微量元素Si(0wt%、0.2wt%、0.4wt%)后,通过各个成分的最优工艺对比得出Cu-6Ni-6Sn-0.4Si的峰时效工艺为400℃×1h,该材料平均硬度值、抗拉强度及延伸率分别为355HV、1100MPa和10.5%。4.通过研究Cu-6Ni-6Sn-0.4Si在400℃峰时效的相变可知,此时基体中晶粒细化效应和位错累计强化效应逐渐消失,但由于基体中存在纳米级DO22有序相和L12有序相,第二相和纳米有序相的析出弥补强度的损失,而且由于孪晶的存在延伸率也达到最佳。Cu-6Ni-6Sn-0.4Si合金在时效后期,位错量显著减少,基体中存在的DO22有序相和L12有序相不断粗化,导致不连续沉淀的快速增长使得合金性能恶化。
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