时效硬化铜钛合金的相变和应用VIP免费

书文章编号:1001-9731(2015)10-10001-06时效硬化铜钛合金的相变和应用*卫欢1，卫英慧1，2，侯利锋1(1．太原理工大学材料科学与工程学院，太原030024;2．吕梁学院，山西离石033000)摘要:铜钛合金是典型的时效硬化高强高导电合金。本文详细阐述了铜钛合金的相变过程;综述了铜钛合金的研究现状，即通过氢气氛时效、预冷变形与时效处理结合的方法可以在不同程度上提高铜钛合金的导电性、强度等性能。指出，晶界对合金性能的影响以及塑性变形对相变的影响有待进一步研究，预冷变形与时效处理结合将是今后研究的热点。关键词:铜钛合金;调幅分解;时效中图分类号:TG166文献标识码:ADOI:10．3969/j．issn．1001-9731．2015．10．0011引言从20世纪30年代开始，人们逐渐发现时效硬化铜钛合金(1%～6%(质量分数)Ti)的力学和物理性能可与铜铍合金相媲美，导电性能低于铜铍合金［1-4］。目前，铜钛合金可以作为高强高导电材料应用于导电弹簧、互联器等［5］，替代传统的铜铍合金，从而得到研究者们的广泛关注。近年来，许多研究者开发了多种工艺方法，试图在保持其强度不降低的情况下，提高铜钛合金的导电率，加速了其从基础理论到实际应用的替代步伐。本文结合本研究组的研究实践，从铜钛合金的相变理论、组织-性能关系、应用研究趋势以及存在的问题等方面，较为详细和全面地阐述了本领域的研究进展，讨论了未来发展趋势。2铜钛合金相变理论研究众所周知，铜钛合金是典型的时效硬化合金，即钛原子在铜中的溶解度会随着温度的变化而变化。铜钛合金在钛含量为1%～6%(质量分数)范围内时，室温平衡组织为Cu+Cu4Ti。从图1所示的Cu-Ti合金相图富铜角可以看出［6］:(1)Cu4Ti相有多型性转变，在低于约500℃时，四方晶系α-Cu4Ti相是稳定相，而正交晶系β-Cu4Ti相则是高温稳定相;(2)图1给出了铜钛合金富铜区的互溶度间隙曲线(图1实线(a))和拐点迹线(图1虚线(b))［7-8］。单相固溶区内存在互溶间隙，表示当合金成分在拐点迹线内时，单相饱和固溶体将通过调幅分解(spinodaldecomposition)方式分解为成分不同而结构相同的两相。而在拐点迹线外的互溶间隙内的成分合金，其脱溶转变方式则为形核长大。研究认为，时效硬化Cu-Ti合金的析出过程为:过饱和固溶体中，Ti原子沿着{100}基体面类似波团聚，伴随着Ti溶质富集区的有序化;三维调制结构的发展伴随着边带演化;周期排列的共格有序相α-Cu4Ti的形成;胞状或不连续析出平衡相β-Cu4Ti相(部分文献也称其为Cu3Ti相)的形成等［9］。图1Cu-Ti合金相图富铜角［6］。其中Cu4Ti(正交;Pnma)为500℃以上的平衡相;右下角局部放大，显示了实验所得互溶度间隙［7-8］。Fig1Cu-richregionoftheCu-Tiphasediagram［6］:Cu4Ti(orthorhombic;Pnma)shownastheequilibriumphaseabove500℃;detailedviewofthebottomrightcornershowingthemiscibilitygapobtainedfromtheexperiment［7-8］2．1调幅分解与有序化调幅分解和有序化是铜钛合金时效早期重要的相变过程。经典调幅分解理论认为，调幅分解无需形核，它是在较广的范围内，溶质原子通过上坡扩散(uphilldiffusion)形成成分调幅波(如图2所示)，组织由贫溶质区和富溶质区组成。随时效的进行，富溶质区在溶质富集的过程中同时发生有序化(溶质在基体中有序分布)，最终调幅波发展为均匀细小的两相混合组织:铜基体+有序相，至此调幅分解结束。20世纪70年代，Hakkarainen［10］、Laughlin和Cahn［11］分别研究认为，铜钛合金在低于约600～700℃温度时效，会形成10001卫欢等:时效硬化铜钛合金的相变和应用*基金项目:国家自然科学基金资助项目(51374151)收到初稿日期:2014-09-05收到修改稿日期:2014-12-18通讯作者:卫英慧，E-mail:weiyinghui@tyut．edu．cn作者简介:卫欢(1990－)，女，山西运城人，在读博士，师承卫英慧教授，从事时效硬化铜钛合金研究。具有四方D1a结构的亚稳共格析出相α-Cu4Ti(Ni4Mo型)。随后，这一重要的发现被Datta和Soffa［7］在一系列的含有1%～4%(质量分数)Ti合金的透射电子显微镜研究结果中证实。他们所获得的亚稳、弥散分布的两相混合组织α'(基体，可能会含有非常少量的Ti)+D1a(有序析出相)，是时效过程中产生的...