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Precipitation evolution and properties of cu-15ni-8sn alloys via Al microalloying during ageing

Rare Metals 2024年第10期43卷 5216-5228页

作者： Wei Luo Li-Jun Peng Xu-Jun Mi Hao-Feng Xie Yi-Cheng Cao Shu-Hui Huang State Key Laboratory of Nonferrous Metals and Processes GRINM Group Co.Ltd.Beijing 100088China GRIMAT Engineering Institute Co. Ltd.Beijing 101407China General Research Institute for Nonferrous Metals Beijing 100088China School of Materials Science and Engineering South China University of TechnologyGuangzhou 510640China

Studies have shown that microalloying cu-ni-sn alloys using Al inhibits discontinuous precipitation reactions;however,the mechanism has not been investigated ***,this study explored the properties and precipitation evolution of cu-15ni-8sn alloys without and with 1 wt%Al(cu-15ni-8sn-1Al)during ageing at 500℃ through X-ray diffraction(XRD),scanning electron microscopy and high-angle annular dark-field scanning transmission electron *** results revealed that in cu-15ni-8sn alloy,DO_(22)ordering first occurred after spinodal decomposition,subsequently transitioning to an L1_(2)ordering phase,during which the discontinuous precipitates gradually nucleated at the grain boundaries and formed *** alloy hardness increased sharply with ordering and then decreased rapidly after reaching its peak value,due to the dominance of the discontinuous precipitation ***,the DO_(22)ordered phase did not appear during the ageing of cu-15ni-8sn-1Al alloy,and a ni_(3)(Al_(x),sn_(1-x))intermetallic compound with L1_(2)structure was formed,consuming ni and sn atoms,thereby significantly suppressing the discontinuous precipitation reaction and improving the stability during prolonged *** tensile strength(yield strength)of cu-15ni-8sn and cu-15ni-8sn-1Al alloys at peak hardness were 855(755)and 936 MPa(892 MPa),respectively,and their main strengthening mechanisms were solid solution strengthening and precipitation *** addition of 1 wt%Al effectively improved the precipitation strengthening effect of cu-ni-sn alloys but severely decreased the ductility.

关键词： cu-15ni-8sn Al addition Precipitation sequence Strengthening mechanism

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Ageing behavior of cu-15ni-8sn alloy prepared by mechanical alloying

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中国有色金属学会会刊：英文版 1999年第4期9卷 707-711页

作者：郑史烈吴进明曾跃武李志章 Zhejiang Univ Dept Mat Sci & Engn Hangzhou 310027 Peoples R China

The ageing behavior of the mechanically alloyed cu-15ni-8sn alloy has been studied. Compared with the alloys prepared by casting and rapid solidification, the modulation structure developed during ageing process of those prepared by mechanical alloying is finer and much more uniform, which leads to a higher peak hardness. However, their spinodal decomposition temperature are almost the same. Cold deformation prior to ageing not only accelerates the ageing process but also increases the peak hardness of the alloy.

关键词： cu-15ni-8sn alloys ageing mechanical alloying

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放电等离子烧结cu-15ni-8sn/石墨自润滑复合材料摩擦磨损性能研究

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摩擦学学报（中英文） 2024年第4期44卷 509-518页

作者：马文林刘益超王小超苏博兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070 中国科学院兰州化学物理研究所中国科学院材料磨损与防护重点实验室甘肃兰州730000

以cu-15ni-8sn合金为基体,石墨为润滑剂,采用放电等离子烧结技术制备了cu-15ni-8sn/石墨自润滑复合材料.使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和万能试验机研究了复合材料的微观组织、物相组成和室温力学性能,通过球-盘式摩擦试验机测试复... 详细信息

以cu-15ni-8sn合金为基体,石墨为润滑剂,采用放电等离子烧结技术制备了cu-15ni-8sn/石墨自润滑复合材料.使用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和万能试验机研究了复合材料的微观组织、物相组成和室温力学性能,通过球-盘式摩擦试验机测试复合材料的摩擦磨损性能,利用三维轮廓仪测量材料磨损体积,借助扫描电子显微镜对磨痕形貌进行表征.结果表明:向cu-15ni-8sn基体材料中添加石墨后,材料的硬度明显降低;随着石墨含量的提高,复合材料的抗压强度逐渐降低.当添加质量分数为3%的石墨时,cu-15ni-8sn/石墨自润滑复合材料的耐磨性最好,磨损率最小为3.0×10^(-6)mm^(3)/(N·m),其磨损机理主要以磨粒磨损为主.

关键词：自润滑复合材料 cu-15ni-8sn 放电等离子烧结抗压强度磨粒磨损

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cu-15ni-8sn及cu-15ni-8sn-0.2Nb Spinodal分解型弹性合金的研究

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仪表材料 1989年第5期20卷 257-264页

作者：江伯鸿魏庆徐祖耀王承宝许雄成上海交通大学上海合金厂航天部825厂

研究了形变时效和淬火时效对含 Nb 和不含 Nb 的两种 cu-15ni-8sn spinodal 分解型合金的力学性能、应力松弛性能和其他物理性能。经56%形变、400℃时效30min 能使这两种合金获得很高的强度(σb～1400MPa,σ_(0.2)～1300MPa)和弹性模量(... 详细信息

研究了形变时效和淬火时效对含 Nb 和不含 Nb 的两种 cu-15ni-8sn spinodal 分解型合金的力学性能、应力松弛性能和其他物理性能。经56%形变、400℃时效30min 能使这两种合金获得很高的强度(σb～1400MPa,σ_(0.2)～1300MPa)和弹性模量(E～140,000MPa);在200℃具有良好的抗应力松弛性能;加 Nb 的合金能改善250℃的抗应力松弛性能。淬火时效处理能获得适中的强度(σ_b900～950MFa,σ_(0.2)630～650MPa)和极良好的延性(δ～20%);加 Nb 能加速 spinodal分解,提高时效初期的强度。淬火时效态的两种合金在250℃下均显示良好的强度和弹性的稳定性,十分适合用作高温导电弹性材料。对调幅组织的强化和 Nb 的作用进行了讨论。

关键词： cu-15ni-8sn Nb 弹性合金

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cu-15ni-8sn-xMg合金组织及性能研究

Cu-15Ni-8Sn-xMg合金组织及性能研究

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作者：张洋洋大连理工大学

学位级别：硕士

cu-15ni-8sn合金是一种调幅分解强化为基础的高性能铜合金,具备高强度、高弹性、优异的耐摩擦性能、抗应力松弛性能和耐腐蚀性能,作为铍青铜的潜在替代合金备受人们瞩目,并在多领域有着可观的市场应用价值。cu-15ni-8sn合金主要存在的... 详细信息

cu-15ni-8sn合金是一种调幅分解强化为基础的高性能铜合金,具备高强度、高弹性、优异的耐摩擦性能、抗应力松弛性能和耐腐蚀性能,作为铍青铜的潜在替代合金备受人们瞩目,并在多领域有着可观的市场应用价值。cu-15ni-8sn合金主要存在的问题是合金熔炼时的成分不均匀性以及时效过程中的不连续沉淀生长极大削弱合金性能。为改善上述问题,本文通过向cu-15ni-8sn合金中加入第四组元Mg和改变浇注模具的方法,进行合金不同状态下的相关实验研究,主要内容如下:首先研究向cu-15ni-8sn中加入不同Mg含量后,Mg元素的存在形式、作用效果及作用机理。cu-15ni-8sn-x Mg合金的铸态组织均为粗大树枝晶,Mg倾向与sn结合,固溶在富sn相和不连续沉淀中。以850℃温度固溶处理4h后,Mg能够全部固溶到合金基体中。合金成为单相过饱和固溶体,Mg能增强合金固溶强化效果但降低合金电导率。以400℃温度进行时效处理,随时效时间延长,由合金晶界处开始形成的不连续沉淀组织不断向生长;Mg元素对不连续沉淀能够起到抑制作用,且加入量越多,抑制效果越强。cu-15ni-8sn-x Mg合金时效硬化曲线均呈现单峰值,不连续沉淀组织大量析出引起合金硬度的快速下降,但加入0.3wt.%Mg的合金其硬度达到峰值以后基本不变,其在400℃时效6h时的硬度、电导率分别为369HV和8.37%IACS。在700℃时效10min时,合金中会同时生成连续沉淀相和不连续沉淀相,此时Mg对不连续沉淀生长依旧有抑制效果,同时Mg元素对连续沉淀相有促进生成的作用。冷轧变形能够加速cu-15ni-8sn和cu-15ni-8sn-0.2Mg合金中不连续沉淀组织的生成,使得合金峰值硬度时间提前。合金电导率和峰值硬度均随变形量增大而增大。此外通过改变浇注模具的方式使得cu-15ni-8sn合金铸态组织得到明显细化,成分分布更加均匀。sn元素的均匀分布和组织的细化使得cu-15ni-8sn合金在400℃时效时不连续沉淀组织生长放缓;700℃时效时,合金基体中均匀生成连续沉淀相;细化晶粒的cu-15ni-8sn合金在850℃下的热轧开裂倾向明显减小。

关键词： cu-15ni-8sn 不连续沉淀 Mg 硬度细化晶粒

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cu-15ni-8sn合金垂直半连续铸造工艺及性能研究

Cu-15Ni-8Sn合金垂直半连续铸造工艺及性能研究

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作者：张英哲大连理工大学

学位级别：硕士

cu-15ni-8sn合金是一种应用前景非常广泛的高强导电铜合金,具有高强度、优良的抗热应力松弛性能、耐应力腐蚀性能以及无毒环保等优点。在航空航天、电子电器和通讯工程等领域应用于各类继电器、电位器、导电接触弹簧片和重载轴承等。cu-... 详细信息

cu-15ni-8sn合金是一种应用前景非常广泛的高强导电铜合金,具有高强度、优良的抗热应力松弛性能、耐应力腐蚀性能以及无毒环保等优点。在航空航天、电子电器和通讯工程等领域应用于各类继电器、电位器、导电接触弹簧片和重载轴承等。cu-15ni-8sn合金在工业制备过程中,存在的主要问题为sn元素存在反偏析和枝晶偏析现象,影响合金的性能。虽然通过粉末冶金、真空熔炼、喷射成型等方法可以改善合金的偏析程度,但是由于成本高昂、制备样品尺寸较小等问题,限制了其大规模的推广生产。根据上述相关问题,本文通过垂直半连续铸造工艺,以改善cu-15ni-8sn合金的偏析和合金的大尺寸制备为目的进行相关实验研究,主要内容如下:首先,通过单向凝固实验探究不同冷却速率对cu-15ni-8sn合金偏析的影响,高温熔体分别与水冷铜模、室温石墨和600℃石墨三种不同冷却介质接触,测量熔体在界面处的冷却速率依次为58K/S、16K/S和5K/S。cu-15ni-8sn合金熔体冷却速率相对较快时,反偏析现象较严重,而枝晶偏析得到改善。在垂直半连续铸造实验中,熔体浇铸温度为1350℃,拉坯速度为90mm/min。施加的中频磁场分别为0kW、5k W和10kW,实验结果表明10kW中频改善枝晶偏析和细化晶粒效果显著。cu-15ni-8sn合金铸态组织中存在两种相,α基体相和γ富锡相。选择0kW和10kW中频磁场连铸试样进行后续实验。在固溶处理实验中,温度为880℃,0kW连铸试样2h固溶完全,10kW连铸试样1h固溶完全,细化的晶粒使第二相相对均匀的分布于组织中,固溶处理过程可以减小溶质原子的扩散距离,缩短固溶时间,提升固溶效率。固溶完全的试样经过90%的室温轧制变形,在400℃进行时效处理,时效时间为10min时抗拉强度最高。0kW连铸试样抗拉强度为1175MPa,10kW连铸试样抗拉强度为1256MPa,抗拉强度提高了7%。在时效初期cu-15ni-8sn合金发生了调幅分解,形成纳米级的调幅组织,产生了弥散强化效应;同时调幅分解产生的新相与基体相之间保持共格关系,出现共格强化效应。时效后期,出现不连续脱溶现象,使cu-15ni-8sn合金性能下降。在垂直半连续铸造工艺中,对高温熔体施加中频磁场,有效的细化了铸态晶粒,可以改善cu-15ni-8sn合金的偏析现象;缩短溶质原子的扩散距离,提高固溶效率;时效过程中调幅分解可以提高合金的力学性能。

关键词： cu-15ni-8sn 垂直半连铸中频磁场铸态组织力学性能

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cu-15ni-8sn-xMo合金组织及力学性能研究

Cu-15Ni-8Sn-xMo合金组织及力学性能研究

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作者：张恺中北大学

学位级别：硕士

cu-ni-sn合金兼具高弹性模量、硬度、导电性和良好耐磨性,在海洋工程、采矿、航空航天和电子工业等领域广泛应用。然而,高锡cu-15ni-8sn合金在凝固过程中极易出现sn元素偏析且后续时效处理存在不连续析出等问题,导致合金的综合性能急剧... 详细信息

cu-ni-sn合金兼具高弹性模量、硬度、导电性和良好耐磨性,在海洋工程、采矿、航空航天和电子工业等领域广泛应用。然而,高锡cu-15ni-8sn合金在凝固过程中极易出现sn元素偏析且后续时效处理存在不连续析出等问题,导致合金的综合性能急剧下降。本文在cu-15ni-8sn合金基础上添加Mo元素,结合模拟计算和实验表征两方面,系统研究Mo元素对不同状态下合金微观组织和力学性能的影响规律。主要研究内容如下:(1)基于Pandat软件计算合金的相图及相分数图,提出合金成分设计准则。研究发现,Mo元素在cu基体中固溶度极低,故应在高温长时间保温条件下进行熔炼。ni与Mo在低温区(低于250℃)才会形成金属间化合物,合金经固溶时效处理并未生成niMo金属间化合物。通过对cu-15ni-8sn-x Mo合金进行相场模拟,结果证实,Mo易于富集在cu的固液界面前沿,对合金的凝固产生减缓作用,并能够改善sn元素在凝固过程中的偏析问题。(2)对于cu-15ni-8sn-x Mo合金的铸态组织,Mo元素主要以两种形式存在。当Mo元素的添加量为0.3 wt.%时,Mo元素以固溶原子的形式存在于基体中;当合金中Mo元素的含量为0.6-1.5 wt.%时,Mo元素产生偏聚现象并以第二相的形式存在于组织上。相较于其他Mo含量的合金,cu-15ni-8sn合金中添加0.3 wt.%Mo元素可以显著细化晶粒和改善偏析,具有更优异的组织结构。(3)经过固溶处理(不同温度,4 h)后,cu-15ni-8sn-x Mo合金并未获得单相固溶体。当合金中Mo元素含量较低(0.3 wt.%)时,Mo元素以固溶原子的形式存在于基体中;当Mo元素较高(0.9、1.5wt.%)时,组织中出现富Mo相,且周围存在许多富ni相。特别地,当Mo元素添加量为1.5 wt.%时,经固溶处理后组织中还存在γ相和不连续析出,这是由于Mo含量较高对合金产生了固化作用,导致固溶强化效果变差。(4)在400℃时效过程中,0.3 wt.%Mo添加可以有效抑制合金不连续析出的形成,而过量的Mo元素反而会促进不连续析出的形成。通过各成分的最优工艺对比,cu-15ni-8sn-0.3Mo合金经400℃时效4 h后具有最优的综合性能,维氏硬度为379 HV,抗拉强度为1242 MPa,腐蚀速率最慢,钝化膜的稳定性高。

关键词： cu-15ni-8sn 不连续析出析出相力学性能

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枝晶间距及合金元素对cu-15ni-8sn合金塑性成型性能的影响

枝晶间距及合金元素对Cu-15Ni-8Sn合金塑性成型性能的影响

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作者：黄海江苏科技大学

学位级别：硕士

本文分别采用中频感应炉与高频感应炉对cu-15ni-8sn合金进行熔炼制样,探索合金铸态枝晶间距对后续热处理过程中组织与性能的影响。在分别添加微量Cr、Zr、Si、Nb、Ti、Mn元素后,研究这些微量合金元素对cu-15ni-8sn合金在均匀化退火与固... 详细信息

本文分别采用中频感应炉与高频感应炉对cu-15ni-8sn合金进行熔炼制样,探索合金铸态枝晶间距对后续热处理过程中组织与性能的影响。在分别添加微量Cr、Zr、Si、Nb、Ti、Mn元素后,研究这些微量合金元素对cu-15ni-8sn合金在均匀化退火与固溶处理、冷变形与时效处理过程中组织与性能的变化。确定能延缓低熔点不连续沉淀产物析出的条件,从而改善合金塑性成形工艺性能。与此同时,研究合金元素含量对cu-15ni-8sn合金调幅分解组织与性能的影响。研究表明:铸态枝晶间距缩减至11μm左右的cu-15ni-8sn合金经840℃×8h均匀化退火与800℃×1h固溶处理后组织已趋于均匀,当枝晶间距达到50μm时cu-15ni-8sn合金在同等热处理工艺条件下,溶质扩散不均匀,依旧存在残余未溶组织。而初生呈亮白色的未溶组织属于富锡相。溶质扩散不均匀的cu-15ni-8sn合金分别在80%或60%冷轧变形后,80%冷轧变形试样在400℃×0.5h时效处理后达到硬度峰值394HV,60%冷轧变形试样在400℃×1h时效处理后达到硬度峰值392HV,但随时效时间的继续延长其硬度值皆急剧下降。而溶质扩散较均匀的cu-15ni-8sn合金,经60%冷镦粗变形及400℃×5h时效后达到395HV的硬度峰值。微量Nb与Si能延缓cu-15ni-8sn合金在均匀化退火过程中的溶质扩散效果,经60%冷镦粗变形的试样边缘有裂纹,时效处理时不连续沉淀产物呈提前析出趋势,400℃×5h时效后的硬度分别为300HV与365HV;添加微量Zr的cu-15ni-8sn合金60%冷镦粗变形后试样边缘未出现裂纹,但在400℃×5h时效处理后大量析出不连续沉淀产物,而硬度仅有287HV;添加微量Ti的cu-15ni-8sn合金在60%冷镦粗变形后边缘虽有裂纹产生,但在时效阶段不连续沉淀产物的析出与变形量成正比,试样边缘高变形区的析出与生长较快、试样中心区域析出与生长较平稳,400℃×5h时效处理后硬度达到393HV;添加微量Mn的合金不仅60%冷镦粗变形后试样边缘未开裂,在400℃×5h时效处理后试样边缘高变形区也未大量析出不连续沉淀产物,硬度值为387HV;添加微量Cr的合金在400℃×5h时效处理后的组织与性能略逊于含Mn合金,硬度值为369HV。对更多Mn元素含量的cu-15ni-8sn合金组织与性能进行研究,结果表明添加0.87wt%Mn与0.38wt%Mn在延缓不连续沉淀产物的效果相近,随Mn含量的提高cu-15ni-8sn合金时效硬化的峰值时间被延迟。因此,添加0.38wt%Mn的cu-15ni-8sn合金综合工艺性能最佳。

关键词： cu-15ni-8sn 冷变形微量元素不连续沉淀硬度

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金属型和砂型铸造cu-15ni-8sn合金的成分偏析研究

金属型和砂型铸造Cu-15Ni-8Sn合金的成分偏析研究

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作者：余焰根华南理工大学

学位级别：硕士

cu-15ni-8sn合金是一种高强耐磨铜合金,能够应用于承受较大应力和摩擦的工况条件,常用来制造大型机械设备中的轴承或衬套。但是该合金在铸造过程中容易产生严重的锡元素宏观反偏析;此外,也容易产生气孔、缩松缩孔等缺陷,导致铸件性能急... 详细信息

cu-15ni-8sn合金是一种高强耐磨铜合金,能够应用于承受较大应力和摩擦的工况条件,常用来制造大型机械设备中的轴承或衬套。但是该合金在铸造过程中容易产生严重的锡元素宏观反偏析;此外,也容易产生气孔、缩松缩孔等缺陷,导致铸件性能急剧下降,而且还影响后续热加工和热处理工艺的效果。本文针对cu-15ni-8sn合金铸锭的铸造难题,采用光谱仪、金相显微镜、电子显微镜等,研究了金属型和砂型铸造cu-15ni-8sn合金的成分偏析,分析了铸锭的其他铸造缺陷,优化了铸造工艺参数。论文的主要结果如下:研究了金属型和砂型铸造cu-15ni-8sn合金宏观偏析的特点,发现合金铸锭径向上宏观偏析严重,轴向上宏观偏析轻微;铸锭横截面上的偏析现象为中间sn含量低,两边sn含量高,呈现反偏析的现象。金属型铸锭底部径向宏观偏析绝对值为0.3wt.%,砂型为1.05wt.%,金属型铸锭中部径向宏观偏析绝对值为2.23wt.%,砂型为3.10wt.%,金属型铸锭上部径向宏观偏析绝对值为1.91wt.%,砂型为1.13wt.%。金属型铸造比砂型铸造的的sn元素成分宏观偏析程度轻微。研究了浇注温度和模具温度对cu-15ni-8sn合金宏观偏析的影响,发现随着浇注温度降低,sn元素成分的反偏析得到有效抑制,金属型铸锭最佳浇注温度为1261℃,砂型铸锭最佳浇注温度为1269℃;当模具温度为200℃时,铸锭不同部位,sn元素成分的宏观偏析程度较小。研究了金属型铸造cu-15ni-8sn合金铸锭的其他铸造缺陷。发现浇注温度升高,铸锭气孔缺陷增加;模具温度升高,铸锭气孔缺陷减少;浇注温度与模具温度共同影响铸锭气孔、宏观偏析等缺陷。基于金属型模具,采用浇注温度1250℃和模具温度250℃的搭配,增加冒口高度,可以有效改善cu-15ni-8sn合金铸锭宏观偏析、气孔、缩松缩孔等缺陷,实验研究结果在工厂得到应用。

关键词： cu-15ni-8sn 铸造缺陷宏观偏析气孔缩孔

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高弹性cu-15ni-8sn合金的制备工艺研究

高弹性Cu-15Ni-8Sn合金的制备工艺研究

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作者：刘洋北京有色金属研究总院

学位级别：硕士

本文采用中频真空熔炼炉制备高弹性cu-15ni-8sn合金板材,通过金相分析、扫描电镜观察、硬度测定、室温拉伸试验、X-射线衍射等方法研究了熔炼铸造及形变热处理工艺对合金板材的组织结构和力学性能的影响情况,并进行了分析,研究表明： (1... 详细信息

本文采用中频真空熔炼炉制备高弹性cu-15ni-8sn合金板材,通过金相分析、扫描电镜观察、硬度测定、室温拉伸试验、X-射线衍射等方法研究了熔炼铸造及形变热处理工艺对合金板材的组织结构和力学性能的影响情况,并进行了分析,研究表明： (1)合金的铸态组织呈明显枝晶组织,枝晶内是贫sn、富ni的cu-ni固溶体,枝晶间为富sn相,合金铸态组织晶间sn显微偏析严重,同时存在严重的sn的宏观反偏析,且非平衡共晶相起始回溶温度为710.6℃。通过均匀化退火能最大程度地消除sn的偏析,且提高合金退火温度可以加快均匀化效率,有效缩短退火时间。合金最优的均匀化热处理制度为900℃、6h。 (2)通过对不同固溶处理工艺下硬度的检测,得到合金在固溶温度为880℃时,固溶时间为2h的条件下,合金拥有最佳的固溶强化作用。固溶处理后对合金进行冷变形,其最大变形量可达到95%,且合金的强度随着变形量的增加呈先上升再下降的趋势,因此确定合适的变形量为75-90%。 (3)合金时效过程中,其强度和硬度曲线均呈现单峰形状,变形量越大,时效后其强度及硬度峰值越高,但伸长率越低,为了使合金性能达到最佳配合,选择的变形量为80%,时效处理制度为430℃、4h。在最优时效制度下,抗拉强度为1237MPa,非比例延伸强度为1199MPa,硬度HRC为39,伸长率为4.4%,弹性模量为56.2GPa,且组织结构良好,晶粒尺寸相差不大,分布较均匀,无较大夹杂及缺陷,达到实验目的。

关键词：弹性合金 cu-15ni-8sn 均匀化退火形变热处理组织结构力学性能

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