普通熔铸与快速凝固Cu-15Ni-8Sn-XSi合金组织结构与性能的研究

摘要

Cu-15Ni-8Sn合金具有高强度、高导率以及较高的热稳定性等一系列优良的特性，是一种很有发展前途的新型铜基弹性材料。但该合金由于合金元素Sn的含量高，采用传统的熔铸方法制备时，凝固过程中Sn易产生严重的枝晶偏析和宏观反偏析。另外，合金时效后期易产生不连续沉淀，导致合金的强度、抗腐蚀性等性能大大降低。针对以上问题，将快速凝固技术引入到合金制备中，同时采取添加第四组元Si的措施以期抑制不连续沉淀的产生。 本文研究了普通熔铸法和快速凝固法制备的Cu-15Ni-8Sn-XSi合金在组织结构、相组成、相变过程及性能上的特点，进而分析探讨了快速凝固过程以及添加Si对合金组织结构与性能的影响及其作用机理，得出了以下几点主要结论： 1、与普通熔铸法相比，采用快速凝固方法制备Cu-15Ni-8Sn-XSi合金可使晶粒得到明显细化，并且能有效抑制Sn元素的枝晶偏析和宏观反偏析，从而使合金组织获得优化。 2、普通熔铸与快速凝固Cu-15Ni-8Sn合金中添加Si均可以起到晶粒细化的效果。这是由于添加的Si与Ni结合，形成Ni<,31>Si<,12>相和Ni<,3>Si相。其中，Ni<,3>Si 相具有与基体相同的结构，并且点阵常数相近，因而具有变质剂的作用，从而使晶粒获得细化。相对于普通熔铸法，采用快速凝固法制备 Cu-15Ni一8Sn-XSi合金时，Si的晶粒细化作用比较弱，这是由于快速凝固过程中极快的冷却速度使得更多的Si固溶于合金基体中，使得生成的Ni-Si化合物数量较少，并且极快的冷却速度还促使大部分Ni<,3>Si相固溶于合金基体中，从而使得起变质剂作用的Ni<,3>Si相的数量大大减少。 3、850℃×2h固溶处理可使普通熔铸与快速凝固Cu-15Ni-8Sn-XSi铸态合金中的γ相完全溶解于合金基体中。Ni<,3>Si相在固溶处理中可以固溶于基体中，而 Ni<,31>Si<,12>相相当稳定，850℃固溶处理尚不易将其溶解。对于采用普通熔铸法制备的Cu-15Ni-8Sn-XSi合金，当Si含量为0.3时，即由于Si与Ni结合生成大量的细小Ni<,31>Si<,12>相而使合金在固溶处理过程中的晶粒长大趋势受到明显抑制，而对于快速凝固合金，由于极快的冷却速度使较多的Si以合金元素的形式固溶于合金基体中，生成的Ni-Si化合物的数量相对较少，只有当Si含量达到0.6时，才能获得这种明显的抑制晶粒长大的效果。 4、快速凝固合金的硬度值总体上要比普通熔铸合金的更高一些，这是由快速凝固过程的细晶强化作用而获得的。 5、添加Si的普通熔铸与快速凝固Cu-15Ni-8Sn合金中，由于添加的Si与Ni结合，形成Ni<,3l>Si<,l2>相和Ni<,3>Si相，其中分布于晶界的Ni<,3l>Si<,l2>相必然占据γ相不连续沉淀形核位置，时效过程中析出于晶界的Ni<,3>Si相也具有相同的作用，因而抑制了合金时效过程不连续沉淀的出现。对于普通熔铸合金，当Si的添加量为0.3时，这种抑制作用最强，合金能够获得最高的峰值硬度，Si含量继续增加，其作用反而减弱。这是因为Si含量过大，易于形成难溶的Ni<,3l>Si<,l2> 相，它不仅分布于晶界甚至在晶内大量的形成，反而为不连续沉淀相提供了形核位置，促进了不连续沉淀的发生。而对于快速凝固合金，由于极快的冷却速度使得较多Si以合金元素的形式固溶于合金基体中，生成的Ni<,3l>Si<,l2>相和Ni<,3>Si相的数量相对较少，因而当Si的添加量增加到0.6时，这种抑制作用才最强。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权说明

第一章绪论

第二章实验原理与方法

第三章实验结果与分析讨论

第四章结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的主要研究成果