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磷青铜合金的冷加工硬度是多少?

来源:   发布时间:2019-10-14   点击量:569

什么是磷青铜合金?

       随着现代化科学技术的发展、电子、通讯及汽车行业处于高速发展阶段,对接插件、连接器等弹性元件用铜基弹性合金的需求量日益增加。同时,对铜基弹性合金的性能提出了更加苛刻的要求,如合金要求具有高强度、高导电率、高弹性、高抗应力松弛性能、高疲劳强度等。

       铍青铜和锡磷青铜(Sn8wt%)是国内外市场上两种典型的高强度弹性铜合金,其中铍青铜作为有色金属材料弹性之王,具有其他材料不可比拟性能优势,但由于铍对人的健康和环境具有严重的损害作用,且铍青铜合金的加工工艺复杂和实际生产难度大,致使其只应用于特殊领域中。

       常用的高锡磷青铜合金,锡含量高达8%~10%,合金经水平连铸生产后铸坯易产生锡偏析现象,需要较长时间的均匀化热处理和多次的热处理来消除,由于锡的价格昂贵,高锡磷青铜合金存在生产效率低、生产价格昂贵的缺点。

       另外,高锡磷青铜合金的导电率仅有12%IACS,难以满足高弹性导电类铜基合金材料的发展需求影响着高锡磷青铜合金的进一步产业化生产及市场推广。Cu-Sn-P-Fe-Ni合金是在经典低锡磷青铜合金的基础上,添加微量的Fe、Ni元素,在显著细化合金显微组织的同时,提高合金的强度、塑韧性以及明显改善合金的导电性能,其力学性能可达QSn8-0.3的性能指标,其合金的导电性能明显优于QSn8-0.3合金,满足当代高性能弹性元件的材料要求,开发新型的Cu-Sn-P-Fe-Ni合金具有良好的市场前景和经济效益。

        

磷青铜合金的冷加工硬化工艺

        对多元磷青铜合金进行不同程度的冷变形,绘制出合金的加工硬化曲线。通过对不同温度退火后试样的抗拉强度、硬度、伸长率及导电率进行测试和组织观察,确定合金的再结晶温度。结果表明,经冷塑形变形后,Cu-Sn-P-Fe-Ni合金呈现出典型的加工硬化特性。随着加工率的增加,合金的抗拉强度呈先增大后趋于稳定的趋势,而断后伸长率和电导率呈相反变化规律。在相同的退火时间下,随着退火温度的增加,Cu-Sn-P-Fe-Ni合金的强度呈先缓慢减小,再剧减,最后趋于稳定的变化规律;为节约效能缩短时间,确定Cu-Sn-P-Fe-Ni合金经80%变形后的再结晶退火制度为440×5h。

       

磷青铜合金加工硬化后的综合性能

      测试材料为7mm厚退火态的Cu-Sn-P-Fe-Ni合金板材,其化学成分如表1所示。为了明确出Cu-Sn-P-Fe-Ni合金的冷加工硬化规律,对退火态合金分别进行10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%的冷轧变形;随后对总变形量为80%的板材分别进行250-600等比例温度、保温1h的退火处理试验,以期获得新型Cu-Sn-P-Fe-Ni合金工业化生产过程中合理的再结晶退火制度。

表1    Cu-Sn-P-Fe-Ni合金的化学成份


变形量对Cu-Sn-P-Fe-Ni合金性能的影响

        图1 为Cu-Sn-P-Fe-Ni合金抗拉强度、断后伸长率、维氏硬度(HV3)及导电率与加工率的关系曲线。由图1可知,经冷变形后,合金呈现出典型的加工硬化特性,即随变形量的增大,合金的抗拉强度、硬度不断增大,而合金的断后伸长率则呈现相反的变化规律。这主要是由于在冷加工过程中,位错密度随着变形量的增加而不断增大,位错间发生明显的交割现象,导致固定割阶、位错缠结等障碍源的形成,严重阻碍着位错的运动,随着变形量的进一步增大,大量位错发生聚集,位错密度增加,并由缠结的位错演变成胞状亚结构同时也伴随着纤维组织的出现如图2所示倘若合金受到持续增加的外力作用,将克服位错之间的强大的交互作用力,促使合金发生塑形变形行为,故而合金的抗拉强度和硬度增大。图1(b)为加工率对Cu-Sn-P-Fe-Ni合金电导率及硬度的影响曲线。随着加工率的增加,合金的导电率随之减小,但降低幅度较小,合金经80%加工变形后导电率仍大20%IACS,其高于QSn8-0.3的导电率12%IACS,合金综合性能优于QSn8-0.3合金的性能指标。

磷青铜合金加工硬化后结论

        1、Cu-Sn-P-Fe-Ni合金经冷变形后,呈现出典型的加工硬化特性。当加工变形量小于75%时,随着变形量的增大,合金的强度不断增加,而伸长率和导电率呈相反变化规律。当变形量大于75%时,合金的强度、伸长率和导电率将趋于稳定。

        2、随着变形量的增大,Cu-Sn-P-Fe-Ni合金发生开始再结晶温度降低,为提高效能,确定Cu-Sn-P-Fe-Ni合金经80%变形后的再结晶温度退火制度为440×5h。

        

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