CuNi2Si铜合金复合板的组织和性能研究刘建伟郭励武摘要：研究了不同时效温度、时间对CuNi2Si铜合金复合板组织和性能的影响，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℃，10min）、时效（600℃，1.5h）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：TG166.2;TG146.11文献标识码：ADOI：10.15913/jki.kjycx.2019.10.0351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100-140HB，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1.2mm。3.3金相...