【摘 要】
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高强中导铜合金具有高强度、高弹性和导电、导热及抗蠕变等优异的综合性能,在电阻焊电极、结晶器内衬、继电器、电气连接和弹簧、紧固元件等领域应用广泛。高速发展的科学技术对兼顾强度、导电和抗软化性能的铜合金提出了更高的要求。本文通过常规熔炼铸造和热处理工序制备了Cu-Ni-Ti合金,重点研究了Cr、P元素单独添加及共同添加对Cu-Ni-Ti合金的组织性能影响规律,探索了元素微合金化和固溶时效相结合以提升C
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高强中导铜合金具有高强度、高弹性和导电、导热及抗蠕变等优异的综合性能,在电阻焊电极、结晶器内衬、继电器、电气连接和弹簧、紧固元件等领域应用广泛。高速发展的科学技术对兼顾强度、导电和抗软化性能的铜合金提出了更高的要求。本文通过常规熔炼铸造和热处理工序制备了Cu-Ni-Ti合金,重点研究了Cr、P元素单独添加及共同添加对Cu-Ni-Ti合金的组织性能影响规律,探索了元素微合金化和固溶时效相结合以提升Cu-Ni-Ti合金性能的方法,获得了兼具高硬度、高软化温度和良好导电性能的铜合金材料,主要结果如下:Cr元素的单独添加提升了Cu-Ni-Ti合金的硬度,降低了导电率和软化温度。Cr的加入显著细化了Cu-Ni-Ti合金铸态和固溶态组织,且Cr、Ni、Ti元素同时在铸态合金晶界处发生偏聚,固溶淬火Cu-Ni-Ti-Cr合金在500℃和600℃时效时均表现出典型的时效硬化特征,即硬度先上升后下降,电导率先上升后趋于稳定,且随着Cr含量从0提高至1.0 wt.%,合金的峰时效硬度大幅提升,导电率明显降低,抗软化温度从700℃降低至650℃,经TEM微观组织分析,确定其主要的时效强化相为纳米尺寸的Ni Ti相和Cr相,在高温软化过程中,合金发生明显的再结晶,纳米沉淀相显著长大。P元素的单独添加同时提升了Cu-Ni-Ti合金的硬度和导电率,保持了较高的软化温度。Cu-Ni-Ti合金因P元素的微量加入铸态组织明显细化,其晶界第二相主要组成元素为Ni、Ti和P,随着P元素含量从0提高至0.1、0.15和0.2 wt.%,合金峰时效硬度从156.4增大至166.4,电导率从49.4%IACS增大至56.3%IACS,Cu-2.8Ni-1.2Ti-0.2P合金抗高温软化温度仍大于700℃。微观组织分析表明,峰时效态合金中Ni元素和P元素在同一区域发生偏聚,形成了纳米尺寸的Ni3P相。Cr和P元素的共同添加及双级时效处理显著改善了Cu-Ni-Ti合金的综合性能。Cr和P元素在铸态合金晶界处发生明显偏聚,与Ni、Ti元素偏聚位置重合,铸态组织显著细化。经过600℃单级时效处理,Cu-Ni-Ti-Cr-P合金相比单独添加Cr或P元素的Cu-Ni-Ti合金,硬度明显增加,电导率与Cu-Ni-Ti-Cr合金相当。经过450/30min-冷变形60%-600℃/2h双级时效处理,Cu-2.8Ni-1.2Ti-0.7Cr-0.2P合金综合性能优异,硬度220.6HV、电导率51.6%IACS,高温软化温度650℃。
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