时效时间对Cu-3.5Ag合金性能及其纳米析出相特征的影响
发布时间：2021-01-20 20:18
通过热型水平连铸工艺制备了Cu-3.5Ag合金,经950℃×1 h固溶,以及450℃下分别保温2、4、6和8 h的时效热处理,研究了时效时间对合金性能和析出相特征的影响。结果表明:随着时效时间的增加,合金的硬度呈先急剧升高后缓慢下降趋于平缓的趋势,合金的导电率基本保持不变;随着时效时间增加,析出相形貌、大小和数量均发生显著改变,富Ag相和铜基体始终保持半共格关系且两者具有完全一致的取向,半共格界面有效阻碍了位错运动从而使基体得到强化,相同的取向关系降低了析出相对电子的散射,进而对合金硬度和导电率具有改善效果。试验范围内,Cu-3.5Ag合金经450℃×4 h时效热处理后,硬度和导电率分别为122.62 HV0.1和86.20%IACS,综合性能较好。
【文章来源】：材料热处理学报. 2020,41(06)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
经450 ℃×4 h时效后Cu-3.5Ag合金TEM像
不同时效时间下的Cu-3.5Ag合金微观组织,如图1～图4所示。图1为经950 ℃×1 h固溶后Cu-3.5Ag合金微观组织,由图1中可以看出,Cu基体除分布有少量位错外无明显富Ag相,选区衍射花样的标定如图1(b),Cu基体的晶带轴为[001],未观察到Ag的衍射斑点,说明Ag原子完全固溶形成过饱和固溶体。图2为经450 ℃×2 h时效处理后的Cu-3.5Ag合金微观组织。由图2(a)可以看出,由于保温时间较短,大多数Ag原子依旧以固溶形式存在,只有少量富Ag相析出,析出相周围存在少量位错。图2(b)衍射花样只有Cu基体的衍射花样,出现高阶劳埃带效应,原因可能是TEM制样时衍射花样不正或者式样部分区域太厚,使得零层倒易面倾斜,从而增加了上下层倒易面与反射球的相交机会。图2(c)对析出相进行HRTEM像分析,富Ag相周围存在晶体缺陷,造成应力场衬度不同。晶界、位错、空位等缺陷对析出相的形核及长大起促进作用,同时这些缺陷也会为析出相形核提供有利位置。对HRTEM像进行傅里叶变换得到衍射花样进行分析和标定如图2(d),可以看出析出相与Cu基体取向完全一致为:{200}Ag//{200}Cu和<100>Ag//<100>Cu,富Ag相与基体cube-on-cube的位向关系[20]。根据界面错配度公式 = 2(a-a) a+a ,其中aβ,aα分别为析出相和基体的两平行界面的面间距[14,21],计算富Ag相和基体(200)、(020)、(220)晶面的错配度分别为15.56%,15.44%和13.95%,说明析出相和基体为半共格关系。时效初期,富Ag相的析出,对位错运动起到阻碍作用,同时合金固溶度减小,但由于保温时间较短,析出相数量太少,以至于对合金硬度和导电率的影响不大。
图2为经450 ℃×2 h时效处理后的Cu-3.5Ag合金微观组织。由图2(a)可以看出,由于保温时间较短,大多数Ag原子依旧以固溶形式存在,只有少量富Ag相析出,析出相周围存在少量位错。图2(b)衍射花样只有Cu基体的衍射花样,出现高阶劳埃带效应,原因可能是TEM制样时衍射花样不正或者式样部分区域太厚,使得零层倒易面倾斜,从而增加了上下层倒易面与反射球的相交机会。图2(c)对析出相进行HRTEM像分析,富Ag相周围存在晶体缺陷,造成应力场衬度不同。晶界、位错、空位等缺陷对析出相的形核及长大起促进作用,同时这些缺陷也会为析出相形核提供有利位置。对HRTEM像进行傅里叶变换得到衍射花样进行分析和标定如图2(d),可以看出析出相与Cu基体取向完全一致为:{200}Ag//{200}Cu和<100>Ag//<100>Cu,富Ag相与基体cube-on-cube的位向关系[20]。根据界面错配度公式 = 2(a-a) a+a ,其中aβ,aα分别为析出相和基体的两平行界面的面间距[14,21],计算富Ag相和基体(200)、(020)、(220)晶面的错配度分别为15.56%,15.44%和13.95%,说明析出相和基体为半共格关系。时效初期,富Ag相的析出,对位错运动起到阻碍作用,同时合金固溶度减小,但由于保温时间较短,析出相数量太少,以至于对合金硬度和导电率的影响不大。经450 ℃×4 h时效处理后的Cu-3.5Ag合金微观组织如图3所示。图3(a)可以观察到大量富Ag相呈链状析出,且析出相周围存在晶体缺陷及大量位错。衍射花样的分析和标定如图3(b),富Ag相与基体的位向关系为:(002)Ag//(002)Cu和 [1 2 ˉ 0] Ag // [1 2 ˉ 0] Cu ,富Ag相和基体(002)、(420)、(422)晶面的错配度分别为11.56%,11.76%和11.92%,δ值较保温2 h时低,析出相和基体也是半共格关系。图3(c)暗场像中较多富Ag相形貌为圆球状,少量由圆球状链状排列紧密形成的短棒状,平均直径为17～19 nm。大量富Ag相不连续析出,对位错阻碍作用大幅度加强;固溶量持续降低,晶格畸变较少,电子散射作用减弱,此时,合金硬度和导电率都有较大提升。
【参考文献】：
期刊论文
[1]连铸速度对Cu-3.5Ag合金组织性能的影响[J]. 郭保江,周延军,张彦敏,宋克兴,孔令宝,牛立业,康军伟. 特种铸造及有色合金. 2019(07)
[2]Cu-Ag合金原位纤维复合材料研究现状[J]. 何钦生,邹兴政,李方,唐锐,赵安中,田世龙. 材料导报. 2018(15)
[3]固溶时效处理及强变形对Cu-1wt%Ag合金的组织和性能的影响[J]. 王树森,姚大伟,张远望,赵恒,李冬俊. 材料导报. 2018(S1)
[4]定向凝固Cu-2.0Ag合金冷拉拔时性能与组织演变[J]. 秦芳莉,李雷,朱利媛,冀国良,封存利. 材料热处理学报. 2016(12)
[5]时效Ag-7wt.%Cu合金的微观组织、电阻率和硬度[J]. 李蕊,左小伟,王恩刚. 物理学报. 2017(02)
[6]退火Cu-0.1Ag合金组织性能及再结晶特征[J]. 李继林,常丽丽,李胜利,尚兴军. 材料热处理学报. 2016(09)
[7]Cu-0.3Cr-0.05Ti合金时效析出动力学[J]. 李勇,李焕,赵亚茹,周雅婷. 材料热处理学报. 2016(05)
[8]横向磁场下定向凝固Cu-6%Ag合金的组织、硬度和电阻率[J]. 左小伟,郭睿,安佰灵,张林,王恩刚. 金属学报. 2016(02)
[9]铜银合金导线的显微组织与性能[J]. 文姗,常丽丽,尚兴军,李胜利. 中国有色金属学报. 2015(06)
[10]高强高导铜合金的研究现状及发展趋势[J]. 刘瑞蕊,周海涛,周啸,陆德平,刘克明,彭谦之,彭勇,钟芳华. 材料导报. 2012(19)
本文编号：2989716
【文章来源】：材料热处理学报. 2020,41(06)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
经450 ℃×4 h时效后Cu-3.5Ag合金TEM像
不同时效时间下的Cu-3.5Ag合金微观组织,如图1～图4所示。图1为经950 ℃×1 h固溶后Cu-3.5Ag合金微观组织,由图1中可以看出,Cu基体除分布有少量位错外无明显富Ag相,选区衍射花样的标定如图1(b),Cu基体的晶带轴为[001],未观察到Ag的衍射斑点,说明Ag原子完全固溶形成过饱和固溶体。图2为经450 ℃×2 h时效处理后的Cu-3.5Ag合金微观组织。由图2(a)可以看出,由于保温时间较短,大多数Ag原子依旧以固溶形式存在,只有少量富Ag相析出,析出相周围存在少量位错。图2(b)衍射花样只有Cu基体的衍射花样,出现高阶劳埃带效应,原因可能是TEM制样时衍射花样不正或者式样部分区域太厚,使得零层倒易面倾斜,从而增加了上下层倒易面与反射球的相交机会。图2(c)对析出相进行HRTEM像分析,富Ag相周围存在晶体缺陷,造成应力场衬度不同。晶界、位错、空位等缺陷对析出相的形核及长大起促进作用,同时这些缺陷也会为析出相形核提供有利位置。对HRTEM像进行傅里叶变换得到衍射花样进行分析和标定如图2(d),可以看出析出相与Cu基体取向完全一致为:{200}Ag//{200}Cu和<100>Ag//<100>Cu,富Ag相与基体cube-on-cube的位向关系[20]。根据界面错配度公式 = 2(a-a) a+a ,其中aβ,aα分别为析出相和基体的两平行界面的面间距[14,21],计算富Ag相和基体(200)、(020)、(220)晶面的错配度分别为15.56%,15.44%和13.95%,说明析出相和基体为半共格关系。时效初期,富Ag相的析出,对位错运动起到阻碍作用,同时合金固溶度减小,但由于保温时间较短,析出相数量太少,以至于对合金硬度和导电率的影响不大。
图2为经450 ℃×2 h时效处理后的Cu-3.5Ag合金微观组织。由图2(a)可以看出,由于保温时间较短,大多数Ag原子依旧以固溶形式存在,只有少量富Ag相析出,析出相周围存在少量位错。图2(b)衍射花样只有Cu基体的衍射花样,出现高阶劳埃带效应,原因可能是TEM制样时衍射花样不正或者式样部分区域太厚,使得零层倒易面倾斜,从而增加了上下层倒易面与反射球的相交机会。图2(c)对析出相进行HRTEM像分析,富Ag相周围存在晶体缺陷,造成应力场衬度不同。晶界、位错、空位等缺陷对析出相的形核及长大起促进作用,同时这些缺陷也会为析出相形核提供有利位置。对HRTEM像进行傅里叶变换得到衍射花样进行分析和标定如图2(d),可以看出析出相与Cu基体取向完全一致为:{200}Ag//{200}Cu和<100>Ag//<100>Cu,富Ag相与基体cube-on-cube的位向关系[20]。根据界面错配度公式 = 2(a-a) a+a ,其中aβ,aα分别为析出相和基体的两平行界面的面间距[14,21],计算富Ag相和基体(200)、(020)、(220)晶面的错配度分别为15.56%,15.44%和13.95%,说明析出相和基体为半共格关系。时效初期,富Ag相的析出,对位错运动起到阻碍作用,同时合金固溶度减小,但由于保温时间较短,析出相数量太少,以至于对合金硬度和导电率的影响不大。经450 ℃×4 h时效处理后的Cu-3.5Ag合金微观组织如图3所示。图3(a)可以观察到大量富Ag相呈链状析出,且析出相周围存在晶体缺陷及大量位错。衍射花样的分析和标定如图3(b),富Ag相与基体的位向关系为:(002)Ag//(002)Cu和 [1 2 ˉ 0] Ag // [1 2 ˉ 0] Cu ,富Ag相和基体(002)、(420)、(422)晶面的错配度分别为11.56%,11.76%和11.92%,δ值较保温2 h时低,析出相和基体也是半共格关系。图3(c)暗场像中较多富Ag相形貌为圆球状,少量由圆球状链状排列紧密形成的短棒状,平均直径为17～19 nm。大量富Ag相不连续析出,对位错阻碍作用大幅度加强;固溶量持续降低,晶格畸变较少,电子散射作用减弱,此时,合金硬度和导电率都有较大提升。
【参考文献】：
期刊论文
[1]连铸速度对Cu-3.5Ag合金组织性能的影响[J]. 郭保江,周延军,张彦敏,宋克兴,孔令宝,牛立业,康军伟. 特种铸造及有色合金. 2019(07)
[2]Cu-Ag合金原位纤维复合材料研究现状[J]. 何钦生,邹兴政,李方,唐锐,赵安中,田世龙. 材料导报. 2018(15)
[3]固溶时效处理及强变形对Cu-1wt%Ag合金的组织和性能的影响[J]. 王树森,姚大伟,张远望,赵恒,李冬俊. 材料导报. 2018(S1)
[4]定向凝固Cu-2.0Ag合金冷拉拔时性能与组织演变[J]. 秦芳莉,李雷,朱利媛,冀国良,封存利. 材料热处理学报. 2016(12)
[5]时效Ag-7wt.%Cu合金的微观组织、电阻率和硬度[J]. 李蕊,左小伟,王恩刚. 物理学报. 2017(02)
[6]退火Cu-0.1Ag合金组织性能及再结晶特征[J]. 李继林,常丽丽,李胜利,尚兴军. 材料热处理学报. 2016(09)
[7]Cu-0.3Cr-0.05Ti合金时效析出动力学[J]. 李勇,李焕,赵亚茹,周雅婷. 材料热处理学报. 2016(05)
[8]横向磁场下定向凝固Cu-6%Ag合金的组织、硬度和电阻率[J]. 左小伟,郭睿,安佰灵,张林,王恩刚. 金属学报. 2016(02)
[9]铜银合金导线的显微组织与性能[J]. 文姗,常丽丽,尚兴军,李胜利. 中国有色金属学报. 2015(06)
[10]高强高导铜合金的研究现状及发展趋势[J]. 刘瑞蕊,周海涛,周啸,陆德平,刘克明,彭谦之,彭勇,钟芳华. 材料导报. 2012(19)
本文编号：2989716
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