cunisn合金不同状态条件下的组织分析(附件)【字数：11685】
摘 要摘 要本次毕业设计主要研究Cu-15Ni-8Sn合金材料在均匀化退火、固溶处理、冷变形、时效处理这几种情况下金相组织的变化。处理方法的不同对合金材料的性能影响也不同，用蔡司显微镜放大50到100倍观察合金晶界组织的变化，用扫描电镜观察晶粒在放大2000倍的条件下相变化及其中能谱分析，用洛氏和维氏硬度仪测量材料经过不同条件处理后的硬度变化。通过观察金相组织分析得出Cu-15Ni-8Sn合金在铸态下，其晶粒呈现出明显的树枝状，白色组织物为贫Sn富Ni的Cu-Ni固溶体，掺杂在晶界处发亮的白色物为富Sn相，属于偏析现象。通过均匀化退火及固溶处理后使得Sn的偏析得到有效的改善。本文对Cu-15Ni-8Sn合金采用的变形方式为冷压变形，通过控制对合金的不同压下量从而来达到控制材料变形量的效果。最终测量出不同变形量条件下的合金硬度及强度，分析结果发现合金的硬度、强度均与材料的变形量有着很大关系。对冷变型之后的Cu-15Ni-8Sn合金进行时效处理，合金的组织性能相对于之前也有了大幅度改善。不同时间不同温度的时效处理也对材料性能有关，最终选出最适合的时间温度时效（430℃×2h）后Cu-15Ni-8Sn合金材料的组织更加均匀致密（此时硬度38.4HRC强度为1169MPa），综合性能更加良好。关键词Cu-15Ni-8Sn合金、均匀化退火、时效处理、金相组织
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 铜基合金发展概况 1
1.2.1 铍青铜发展历史 1
1.2.2 铜基合金的发展 2
1.3铜基合金分类 2
1.3.1 低温退火强化型 3
1.3.2时效析出硬化型 3
1.3.3调幅分解型强化型 3
1.3.4微粒弥散强化型弹性合金 3
1.3.5 包覆性复合材料 3
1.4 CuNiSn合金 4
1.4.1 CuNiSn合金现状及运用 4
1.4.2 研究前景 4
1.4.3 CuNiSn合金组织特性 4
1.4.4 Cu15Ni8Sn合金的调幅相结构 4
1.5 CuNiSn合金的制备方法 5
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
1.6 元素对CuNiSn合金影响及其优势 8
1.6.1 CuNiSn合金中元素对性能的影响 8
1.6.2 微量元素的含量对合金性能的影响 8
1.6.3 CuNiSn合金的优势 8
1.7 研究内容 9
第二章 Cu15Ni8Sn合金实验内容 10
2.1 材料的加工制备 10
2.2 实验步骤 10
2.3 检测及分析 10
2.3.1 试样制备与金相显微组织观察 10
2.3.2 试样热处理 11
2.3.3 硬度测试 12
2.3.4 扫描电镜观察 13
第三章 结果及分析 14
3.1 Cu15Ni8Sn合金铸态组织分析 14
3.2 均匀化退火处理 14
3.3 固溶处理 15
3.3.1固溶原理 15
3.3.2 固溶处理与退火后硬度差别 16
3.4 冷变形对合金影响 17
3.4.1 塑性成型机理 17
3.4.2 Cu15Ni8Sn合金冷压变形 17
3.4.3 Cu15Ni8Sn合金冷变形下组织 18
3.5 合金时效处理 18
3.5.1 时效时间对合金性能的影响 21
3.5.2 小结 22
结论 23
致谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1 引言
铜合金一直以来被大家视作为一种具有优异性能合金的存在，以其良好的导热、导电、优良的机械加工、以及各种环境下所表现出的耐摩擦性能、耐腐蚀性能被广泛运用到我们生活的各个方面，特别是通讯类、大规模集成电路、航空航天。
随着社会的不断进步，我们对合金材料综合性要求不断提高，CuNiSn合金被推向大众的视野。因其强度高、弹性好以及在不同环境下表现出的超强适应力，最终成为代替铍青铜的最好材料。
1.2 铜基合金发展概况
1.2.1 铍青铜发展历史
到目前为止，我们所见到铜基合金基本上可以分成两大类：铍青铜和锡磷青铜两种，随着科技的不断发展，各行各业对弹性合金元件的各项性能要求明显提高。不仅要求提高强度，减小尺寸，而且又要求元件有良好的导电性﹑耐腐蚀性和抗应力松弛性。而锡磷青铜弹性性能较低决定了其合金在很多应用上受到很大限制，锡磷青铜逐渐不被认可。铍青铜作为一种析出硬化型铜基合金[1]，性能优异，以其高强度、硬度、弹性及各种环境下所展现出的耐腐蚀性、耐摩擦性、抗疲劳等特性得到广泛运用被广泛运用于精密仪器﹑航天航空﹑电子元件以及家用电器的行业。
铍含量在0.2％2％的铜合金叫铍青铜，密度大约为每立方米8.3克，铍青铜的硬度在40HRC左右,抗拉强度 大于1000Mpa，电导率大于18IACS是一种可铸可锻合金。铍青铜是典型的沉淀强化型合金[2]该合金经淬火时效处理后具有高的强度、硬度、弹性极限，并且具有耐蚀、耐磨、耐疲劳、耐低温、无磁性、导电导热性好、弹性极限高、冲击时不会产生火花等 一系列优点，被誉为“有色弹性材料之王”，已成为经济建设中极其重要的工业材料[3]。铍青铜在经过退火，时效之后稳定性更加提升。一些高强度铍青铜被用于汽车、家用电器、医疗、无线电器等，高导铍青铜被用于配电装置，保险丝端，铸造铍青铜被用于海底电缆、发电机轴、炼钢结晶器等发面。随着更多新型材料的发现，对比之下，铍青铜的缺点日益暴露，例如高温下抗应力松弛能力差﹑时效后变形度大、热处理对合金性能影响较大和高温导电性极具有不稳定性等。铍青铜中含有一定量的铍，铍及氧化物、粉尘都有一定的毒性，其次铍的价格高，导致铍青铜的生产成本高于其它类合金，从环保角度铍青铜算不上一种绿色环保材料。在社会环保意识逐渐提高的今日，铍青铜生产过程中产生的有毒粉尘问题越来越受到人们关注。因此，寻找一种能替代铍青铜的合金迫在眉睫，此时合金成本低且环保的CuNiSn合金诞生。
1.2.2 铜基合金的发展
1928年，J.T.Eash等人就发现铜锡合金中加入Ni元素能显著提高铸件质量、铸件强度和铸件性能，同时研究了CuNiSn合金三元平衡相图的富铜角并确定了α相边界。之后kirkword和Bostoco重新研究富铜相区，发现Ni的加入会降低Sn在Cu中的溶解度，而且很有可能产生一种DO3金属间化合物(CuxNi1x)3Sn[4]，这是一种有序的面心立方结构。直到二十世纪六十年代左右，Cahn及Hilert等人创立了调幅分解理论，全面带动了铜系合金相变的研究发展历程。后调幅分解理论在其它方面如高分子、功能复合材料上也起到了重要作用。
70年代之后，Schwartz等人研究发现CuNiSn合金通过时效过程中的偏聚分解形成调幅组织，这使材料性能大幅强化[5]。之后Plews通过时效前对合金施加冷变形处理，大幅提高合金塑性，并使合金获得了良好的机械性能[6]。到了七十年代，美国贝尔实验室成功研制了牌号为C72900的合金Cu15Ni8Sn[7]，目前，CuNiSn合金中备受关注的当属Cu9Ni6Sn和Cu15Ni8Sn两种，本文将继续研究探讨一下这种热稳定性高，强度高的Cu15Ni8Sn型合金。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 铜基合金发展概况 1
1.2.1 铍青铜发展历史 1
1.2.2 铜基合金的发展 2
1.3铜基合金分类 2
1.3.1 低温退火强化型 3
1.3.2时效析出硬化型 3
1.3.3调幅分解型强化型 3
1.3.4微粒弥散强化型弹性合金 3
1.3.5 包覆性复合材料 3
1.4 CuNiSn合金 4
1.4.1 CuNiSn合金现状及运用 4
1.4.2 研究前景 4
1.4.3 CuNiSn合金组织特性 4
1.4.4 Cu15Ni8Sn合金的调幅相结构 4
1.5 CuNiSn合金的制备方法 5
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
1.6 元素对CuNiSn合金影响及其优势 8
1.6.1 CuNiSn合金中元素对性能的影响 8
1.6.2 微量元素的含量对合金性能的影响 8
1.6.3 CuNiSn合金的优势 8
1.7 研究内容 9
第二章 Cu15Ni8Sn合金实验内容 10
2.1 材料的加工制备 10
2.2 实验步骤 10
2.3 检测及分析 10
2.3.1 试样制备与金相显微组织观察 10
2.3.2 试样热处理 11
2.3.3 硬度测试 12
2.3.4 扫描电镜观察 13
第三章 结果及分析 14
3.1 Cu15Ni8Sn合金铸态组织分析 14
3.2 均匀化退火处理 14
3.3 固溶处理 15
3.3.1固溶原理 15
3.3.2 固溶处理与退火后硬度差别 16
3.4 冷变形对合金影响 17
3.4.1 塑性成型机理 17
3.4.2 Cu15Ni8Sn合金冷压变形 17
3.4.3 Cu15Ni8Sn合金冷变形下组织 18
3.5 合金时效处理 18
3.5.1 时效时间对合金性能的影响 21
3.5.2 小结 22
结论 23
致谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
1.1 引言
铜合金一直以来被大家视作为一种具有优异性能合金的存在，以其良好的导热、导电、优良的机械加工、以及各种环境下所表现出的耐摩擦性能、耐腐蚀性能被广泛运用到我们生活的各个方面，特别是通讯类、大规模集成电路、航空航天。
随着社会的不断进步，我们对合金材料综合性要求不断提高，CuNiSn合金被推向大众的视野。因其强度高、弹性好以及在不同环境下表现出的超强适应力，最终成为代替铍青铜的最好材料。
1.2 铜基合金发展概况
1.2.1 铍青铜发展历史
到目前为止，我们所见到铜基合金基本上可以分成两大类：铍青铜和锡磷青铜两种，随着科技的不断发展，各行各业对弹性合金元件的各项性能要求明显提高。不仅要求提高强度，减小尺寸，而且又要求元件有良好的导电性﹑耐腐蚀性和抗应力松弛性。而锡磷青铜弹性性能较低决定了其合金在很多应用上受到很大限制，锡磷青铜逐渐不被认可。铍青铜作为一种析出硬化型铜基合金[1]，性能优异，以其高强度、硬度、弹性及各种环境下所展现出的耐腐蚀性、耐摩擦性、抗疲劳等特性得到广泛运用被广泛运用于精密仪器﹑航天航空﹑电子元件以及家用电器的行业。
铍含量在0.2％2％的铜合金叫铍青铜，密度大约为每立方米8.3克，铍青铜的硬度在40HRC左右,抗拉强度 大于1000Mpa，电导率大于18IACS是一种可铸可锻合金。铍青铜是典型的沉淀强化型合金[2]该合金经淬火时效处理后具有高的强度、硬度、弹性极限，并且具有耐蚀、耐磨、耐疲劳、耐低温、无磁性、导电导热性好、弹性极限高、冲击时不会产生火花等 一系列优点，被誉为“有色弹性材料之王”，已成为经济建设中极其重要的工业材料[3]。铍青铜在经过退火，时效之后稳定性更加提升。一些高强度铍青铜被用于汽车、家用电器、医疗、无线电器等，高导铍青铜被用于配电装置，保险丝端，铸造铍青铜被用于海底电缆、发电机轴、炼钢结晶器等发面。随着更多新型材料的发现，对比之下，铍青铜的缺点日益暴露，例如高温下抗应力松弛能力差﹑时效后变形度大、热处理对合金性能影响较大和高温导电性极具有不稳定性等。铍青铜中含有一定量的铍，铍及氧化物、粉尘都有一定的毒性，其次铍的价格高，导致铍青铜的生产成本高于其它类合金，从环保角度铍青铜算不上一种绿色环保材料。在社会环保意识逐渐提高的今日，铍青铜生产过程中产生的有毒粉尘问题越来越受到人们关注。因此，寻找一种能替代铍青铜的合金迫在眉睫，此时合金成本低且环保的CuNiSn合金诞生。
1.2.2 铜基合金的发展
1928年，J.T.Eash等人就发现铜锡合金中加入Ni元素能显著提高铸件质量、铸件强度和铸件性能，同时研究了CuNiSn合金三元平衡相图的富铜角并确定了α相边界。之后kirkword和Bostoco重新研究富铜相区，发现Ni的加入会降低Sn在Cu中的溶解度，而且很有可能产生一种DO3金属间化合物(CuxNi1x)3Sn[4]，这是一种有序的面心立方结构。直到二十世纪六十年代左右，Cahn及Hilert等人创立了调幅分解理论，全面带动了铜系合金相变的研究发展历程。后调幅分解理论在其它方面如高分子、功能复合材料上也起到了重要作用。
70年代之后，Schwartz等人研究发现CuNiSn合金通过时效过程中的偏聚分解形成调幅组织，这使材料性能大幅强化[5]。之后Plews通过时效前对合金施加冷变形处理，大幅提高合金塑性，并使合金获得了良好的机械性能[6]。到了七十年代，美国贝尔实验室成功研制了牌号为C72900的合金Cu15Ni8Sn[7]，目前，CuNiSn合金中备受关注的当属Cu9Ni6Sn和Cu15Ni8Sn两种，本文将继续研究探讨一下这种热稳定性高，强度高的Cu15Ni8Sn型合金。
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