热处理对铜合金电接触材料显微组织和硬度的影响

    1  试验材料及试验方法
    试验用材料以Cu（纯度99.95%）为基体，主加合金元素为Ni（纯度99.95%），以及少量的合金元素Ti、Co、Mo及稀土等。采用中频感应炉进行熔炼，浇注成Ф10mm的园柱形试棒，线切割成小试样，热处理后磨制试样，在3%FeCl₃+10%HCl水溶液中侵蚀，在OLYMPUS  PMG3型金相显微镜下观察显微组织。在HVS-1000型维氏硬度计上测试硬度。SEM观察在KYKY-2000B上进行。
    2  试验结果及分析
    2.1  热处理工艺及硬度
    为了研究固溶、失效热处理对合金组织的影响，对固溶和失效的温度及时间进行了筛选实验。根据Cu-Ni相图，固溶温度选择在980-1200℃范围内，每间隔20℃进行5-10h固溶水淬，确定该合金的固溶温度为1160℃，固溶时间为8h，此时，合金的硬度为最低（HV=118.3）。再将经1160℃×8h固溶处理后的试样分别在500℃进行2h和4h时效处理，确定较合理的时效温度为500℃，时效时间为4h，此时，合金的硬度又回升到较高值（HV=239.3）.具体实验结果见表1所示。

表1  不同热处理工艺下合金的硬度
编号	状态	HV(平均硬度)
1	铸态	257
2	1160℃×5h水淬	191.4
3	1160℃×6h水淬	172.4
4	1160℃×7h水淬159.4
5	1160℃×8h水淬	118.3
6	1160℃×8h水淬+500℃×2h空冷	138
7	1160℃×8h水淬+500℃×4h空冷	239.3

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    2.2  结果分析
    铜合金电接触材料的铸态组织由粗大的枝状晶组成［图1(a)］，硬度高，脆性大，不利于材料的加工。经1160℃×5h固溶水淬处理后，组织中的合金相开始溶解，合金中比较尖锐的穿晶组织明显变得圆滑［图1(b)］，硬度大幅度降低。在1160℃延长固溶保温时间至8h，合金中合金元素Ni、Ti、Co、Mo等充分溶解到α固溶中，形成以α相为基的固溶体，水淬过程中α相来不及转变，获得成分均匀单一的淬火组织［图1(c)］，硬度下降到最低。合金经1160℃×8h固溶处理后，再进行500℃×4h空冷时效处理，得到的组织见图1(d)，其金相组织仍是单一均匀的α相。
    由SEM二次电子像也可看出，合金经1160℃×8h固溶水淬处理后，组织均匀，颗粒直径趋于一致，见图2(a)，对颗粒进行EPMA定点成分分析，其主要成分是Cu和Ni，几乎没有Ti、Co、Mo等合金元素出现。说明该合金经1160℃×8h固溶水淬处理后，获得成分均匀的Cu-Ni单相固溶体组织。[next]
    在SEM下观察，合金经1160℃×8h固溶处理后，再进行500℃×4h空冷时效处理，其组织由直径大约相等、分布均匀的第二相细小质点组成，见图2(b).用EPMA进行分析，这些质点成分除主要含Cu、Ni外，还有少量的Ti、Co、Mo存在。这可以认为是由于淬火获得的过饱和α固溶体，从热力学角度看是一个不稳定相，所以，在随后500℃保温时效过程中，α相发生脱溶沉淀，合金中少量的合金元素Ti、Co、Mo等与Cu、Ni形成弥散分布的第二相质点，使合金硬度显著增加。