单位文秘网 2021-07-22 08:20:55 点击: 次
组织和性能的影响,并选择合适的硬度检测来表征CuNi2Si铜合金复层的硬度值。结果表明,在时效过程中第二相的析出,受温度和时间的影响;(500℃,2h)时效时,HV5硬度值为180- 190;CuNi2Si铜合金复合板在固溶(900℃,10 min)、时效(600℃,1.5 h)热处理制度下,具有符合用户要求的硬度指标,具备硬度、强度等优良的机械性能。
关键词:CuNi2Si;铜合金复合板;时效处理;HV5硬度
中图分类号:TG166.2;TG146.11
文献标识码:A
DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2019.10.035
1 前言
CuNi2Si铜合金复合板以铜为复层,碳钢为基层,通过爆炸焊接或轧制的方法使两种金属通过冶金结合为整体。该产品可以节约镍硅青铜合金,并且兼具高强度、中等导电性、优良的耐蚀、耐磨、抗疲劳性能和基材的优良热冷加工性。CuNi2Si是Cu-Ni-Si三元系为基的合金,Ni和Si形成化合物Ni2Si,CuNi2Si相图为伪二元合金相图,Ni2Si在960℃共晶温度下溶解度为8.5%,室温时下降为0.5%,因此有较强的固溶、时效强化作用[1]。当合金中的Ni和Si含量比为4:1时,可全部形成Ni2Si强化相,合金含量比小于4时,虽有较高的强度和硬度,但其导电率与塑性会降低。
复合板的热处理主要是消除爆破应力,同时需保持基板、复板的各自特性[2],CuNi2Si铜合金复合板用户要求目标硬度值在100 - 140 HB,为此分析不同热处理工艺对组织性能的影响。
2 实验材料和方法
CuNi2Si铜合金复合板通过轧制法生产制得,其材质为CuNi2Si+Q235B,規格为(1.2+5) mm和(0.5+2) mm,化学成分如表1所示。
热处理试验在箱式电阻炉进行,热处理炉温度控制在土10℃,时效处理采用450 - 700℃,时效时间l-3h,分别对相应的试验结果和数据进行分析,并进行了金相检测及复层厚度测量。
3 试验结果及分析
3.1 力学性能分析
力学性能试验数据如表2所示。
从表2可看出,产品的冷轧与热轧两种交货状态的机械性能有很大区别,热轧态的交货状态产品质量满足GB/T8165-2008关于轧制复合板的质量要求,有良好的可加工性;冷轧态伸长率只有2%,并且内弯时Q235B开裂,经过时效处理后产品质量有了一定提高,但是伸长率仍然不合格,固溶处理后各项指标合格,但较热轧态强度指标偏高。
3.2 硬度值分析
一般采用布氏硬度检测和测量CuNi2Si的硬度,布氏硬度是以一定大小的试验载荷,将一定直径的淬硬钢球或硬质合金球压入被测金属表面,保持规定时间,然后卸荷,测量被测表面压痕直径。布氏硬度值是载荷除以压痕球形表面积所得的商。通过测试一组试样,并测量压痕深度,深度已超过复层厚度测量。采用布氏硬度的方法不能充分反映出复层硬度值。因此采用维氏硬度进行表征CuNi2Si复合板复层硬度值,并对比了HVI、HV5、HVIO的压痕及试验结果,最终选用HV5。硬度值与温度、时间的等值线如图1所示。
将冷轧铜+钢复合板固溶处理后,分别在450 - 700℃区间进行时效处理,时效时间l-3h,共进行了32组试验,并绘制了等值线图。从图1可以看出,当时效温度为500℃时,硬度不受时效时间的影响;当硬度超过600℃时,随着时间的增加硬度值逐渐降低;当时间固定时,硬度值随着温度的升高而降低。硬度值在时效处理500℃,2h时达到峰值,HV5为186,192,189。上述合金硬度的变化,是由于在一定温度时效时,铜合金内部原子动能增加,化合物Ni2Si浓度大,但固溶度降低,因此以细小粒子均匀分布在固溶体的晶粒之中时,合金的塑性、韧性稍有下降,而强度、硬度有所增加。随着时效时间的延长,基体中固溶元素浓度减少,析出动力减小,析出速度减慢,因此硬度上升趋势变缓。随着温度的升高和时间的增加,析出的相会逐渐长大,由于化合物Ni2Si浓度的降低,析出的新的细小粒子的动力不足。
从图2可以看出,轧制态铜合金单相α固溶体,在不同时效温度下,组织内部均有析出相黑色颗粒,随着时效温度的升高和析出相逐渐增多、增大,且更加弥散。CuNi2Si铜合金复合板结合层显微组织如图3所示。CuNi2Si铜合金复合板结合层金相组织[3]上层为CuNi2Si铜合金,下层为Q235B,中间结合层平直,符合轧制板的基本特征。热轧态复层侧后,经测量复层厚度在1.2 mm。
3.3 金相分析
CuNi2Si铜合金复合板在不同时效温度的显微组织如图2所示。
4 结论
根据力学性能、硬度实验数据、金相分析,并结合用户的要求最终确定了两种工艺方案,根据实验结果如表3所示,最终确定了方案一,并为用户提供了合格产品。
CuNi2Si铜合金复合板经过热轧+冷轧后再进行固溶时效处理,达到了用户要求的目标硬度值,各项力学性能指标均达到了使用要求,有良好的机械性能。
CuNi2Si铜合金复合板在时效过程中,析出了第二相。第二相与位错产生强烈的交互作用,使合金进一步强化,合金具有明显的晶界析出特点[4]。检测复合板的硬度应根据不同的材质和复层厚度选用合适的硬度检测方法,复层的厚度和基层的材质会影响复合板硬度检测。
参考文献:
[1]潘建跃,刘和法,谢春生,等.时效冷却方式对CuNi2Si合金组织和性能的影响[J].金属热处理,1993 (4): 24-27.
[2]郑远谋.爆炸焊接和爆炸复合材料[M].长沙:中南大学出版社,2017.
[3]胡兰青,卫英慧,许并社,等.爆炸焊接钢,钢复合板接合界面微观结构分析[J].金属热处理学报,2004,25(1): 46-48.
[4]张文芹.热处理对CuNi2Si合金组织和性能的影响[J].上海有色金属,2015 (6): 47-51.
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