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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

作　者: 刘施峰
导　师: 汪明朴
学　校: 中南大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: Cu-15Ni-8Sn-XSi合金快速凝固 Ni-Si化合物晶粒细化不连续沉淀
分类号: TG113
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

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Ni₃₁Si₁₂相和Ni₃Si相。其中,Ni₃Si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-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Ni₃Si相固溶于合金基体中,从而使得起变质剂作用的Ni₃Si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。Ni₃Si相在固溶处理中可以固溶于基体中,而Ni₃₁Si₁₂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Ni₃₁Si₁₂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

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-32
  1.1 引言  10
  1.2 导电弹性合金  10-13
    1.2.1 导电弹性合金的性能特点及应用  10-11
    1.2.2 高导电高弹性合金的种类和特性  11-13
      1.2.2.1 形变强化型导电弹性合金  12
      1.2.2.2 沉淀强化型导电弹性合金  12-13
    1.2.3 导电弹性合金的研究展望  13
  1.3 Cu-Ni-Sn合金  13-24
    1.3.1 Cu-Ni-Sn合金的分类  14
    1.3.2 Cu-Ni-Sn合金的制备方法  14-17
      1.3.2.1 真空熔炼法  14-15
      1.3.2.2 粉末冶金法  15-16
      1.3.2.3 机械合金化法  16-17
      1.3.2.4 快速凝固法  17
    1.3.3 Cu-Ni-Sn合金的组织特征  17-19
    1.3.4 Cu-Ni-Sn合金的性能及影响因素  19-22
    1.3.5 Cu-15Ni-8Sn合金的优良特性  22-24
  1.4 快速凝固方法及其在制备铜合金中的应用  24-31
    1.4.1 快速凝固技术  24
    1.4.2 快速凝固的几种主要方法  24-27
      1.4.2.1 雾化快速凝固法  24-25
      1.4.2.2 衬底急冷快速凝固法  25-27
      1.4.2.3 表面熔凝快速凝固法  27
      1.4.2.4 深过冷快速凝固法  27
    1.4.3 快速凝固材料的特性  27-29
      1.4.3.1 快速凝固材料的组织结构特性  27-28
      1.4.3.2 快速凝固材料的性能特性  28-29
    1.4.4 快速凝固铜合金的研究现状  29-31
  1.5 本研究的目的、意义与研究内容  31-32
第二章实验原理与方法  32-36
  2.1 材料制备  32-33
    2.1.1 普通熔铸合金材料的制备  32
    2.1.2 快速凝固合金薄带的制备  32-33
  2.2 实验方法  33-34
    2.2.1 普通熔铸与快速凝固合金试样的固溶与时效处理  33
    2.2.2 普通熔铸与快速凝固合金试样的组织结构分析方法  33-34
    2.2.3 维氏显微硬度测量  34
  2.3 快速凝固冷却速度的计算  34-36
第三章实验结果与分析讨论  36-67
  3.1 前言  36-37
  3.2 普通熔铸与快速凝固Cu-15Ni-8Sn合金铸态组织对比研究  37-43
  3.3 普通熔铸与快速凝固Cu-15Ni-8Sn-ⅩSi合金铸态组织研究  43-53
    3.3.1 普通熔铸Cu-15Ni-8Sn-ⅩSi合金铸态组织研究  43-47
    3.3.2 快速凝固Cu-15Ni-8Sn-ⅩSi合金铸态组织研究  47-53
  3.4 普通熔铸与快速凝固Cu-15Ni-8Sn-ⅩSi合金固溶态组织研究  53-58
    3.4.1 普通熔铸Cu-15Ni-8Sn-ⅩSi合金固溶态组织研究  53-55
    3.4.2 快速凝固Cu-15Ni-8Sn-ⅩSi合金固溶态组织研究  55-58
  3.5 普通熔铸与快速凝固Cu-15Ni-8Sn-ⅩSi合金时效处理后的性能与组织结构研究  58-67
    3.5.1 普通熔铸与快速凝固Cu-15Ni-8Sn-ⅩSi合金时效处理后的性能研究  58-60
    3.5.2 普通熔铸与快速凝固Cu-15Ni-8Sn-ⅩSi合金时效处理后的组织结构研究  60-67
第四章结论  67-69
参考文献  69-74
致谢  74-75
攻读硕士学位期间的主要研究成果  75

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

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