CuNi2Si合金生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)總結(jié)

1、CuNi2Si 合金生產(chǎn)應(yīng)用研究技術(shù)總結(jié)目錄.1CuNi2Si.21CuNi2Si.22CuNi2Si.33.44CuNi2Si.4.7CuNi2Si 合金生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)總結(jié)一、前言CuNi2Si 鎳硅青銅新材料，于二十世紀(jì)九十年代從歐洲發(fā)達(dá)國家引進(jìn)高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)零部件時(shí)帶入國內(nèi)，但至今未見納入銅合金國標(biāo)系列，所以該材料各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和工藝參數(shù)無資料可查，因此鐵路電氣化接觸網(wǎng)零部件生產(chǎn)廠家只能在生產(chǎn)應(yīng)用試驗(yàn)研究中各自探索，不斷改進(jìn)完善生產(chǎn)工藝技術(shù)，提高保證產(chǎn)品質(zhì)量，來滿足高速電氣化鐵路發(fā)展建設(shè)的需要。鎳硅青銅是 Cu-Ni-Si 三元系為基的合金，Ni 和Si 形成化合物 Ni2Si， Cu

2、-Ni2Si 偽二元系相圖，富銅角為共晶型，在 960共晶溫度下溶解度為 8. 5，室溫時(shí)下降到 0. 5，因此有較強(qiáng)的固溶，時(shí)效強(qiáng)化作用。當(dāng)合金中的 Ni 、Si 含量比為 4:1 時(shí)，可全部形成 Ni 2Si 強(qiáng)化相，合金中的 Ni 、Si 含量比值小于 4 時(shí)，雖有高的強(qiáng)度和硬度，但其導(dǎo)電率與塑性會(huì)降低，不利于壓力加工。CuNi2Si 為熱處理可以強(qiáng)化型的合金，經(jīng)固溶時(shí)效處理后有良好的力學(xué)性能、耐應(yīng)力松弛性能、導(dǎo)電性適度。還能抗磨、抗蝕、可焊、無磁性、沖擊時(shí)不起火花、冷熱成型性能好、無低溫脆性，由此可見 CuNi2Si 具有良好的綜合使用性能。CuNi2Si 化學(xué)成分如表 1表 1CuN

3、i2Si 化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)（）CuNiSiFeM nPb其它雜質(zhì)余量1.62.50.50.80.20.000.80.020.5- 1 -二、對 CuNi2Si 原生產(chǎn)工藝進(jìn)行探索試驗(yàn)后的改進(jìn)高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)零部件用有色合金件較多，有些是受力零件，要求綜合性能高。其中 CuNi2Si 線夾類型零件不少，該類型零件原生產(chǎn)工藝一般為模鍛件，鍛后立即高溫淬入水中冷卻至室溫，經(jīng)切邊、修磨后裝爐進(jìn)行退火熱處理，溫度 480±5，保溫時(shí)間 2 小時(shí)，出爐空冷。接著轉(zhuǎn)入噴丸處理后，再進(jìn)行機(jī)械加工鉆孔等工序，后經(jīng)全面檢驗(yàn)合格后入庫交付裝配使用。自制件的這種使用狀態(tài)對照國外進(jìn)口件的使用狀態(tài)是不一致的

4、。為了搞清進(jìn)口件的使用狀態(tài)，對進(jìn)口件進(jìn)行了金相組織和硬度試驗(yàn)，經(jīng)消化吸收分析判斷認(rèn)定進(jìn)口件為固溶時(shí)效態(tài)。為了驗(yàn)證這一認(rèn)定的正確性，將自制件進(jìn)行固溶時(shí)效熱處理后與進(jìn)口件作對比金相組織、力學(xué)性能試驗(yàn)，對比試驗(yàn)結(jié)果如下1、 CuNi2Si 模鍛件高溫淬水的影響：在生產(chǎn)現(xiàn)場隨機(jī)抽取淬水與未淬水承力索電連接線夾模鍛件加工態(tài)各三件，對比進(jìn)行布氏硬度試驗(yàn)，結(jié)果如表 2。表 2承力索電連接線夾加工態(tài)硬度試驗(yàn)值HBW件狀號(hào)值況123平均值淬水件75.170.268.871.4未淬水件82.682.681.782.3注：承力索電連接線夾不能取力學(xué)性能試樣。以上六件同爐進(jìn)行固溶時(shí)效熱處理后，再對比進(jìn)行布氏硬度試驗(yàn)，

5、試驗(yàn)結(jié)果如下表 3。- 2 -表 3承力索電連接線夾固溶時(shí)效硬度試驗(yàn)值HBW件狀號(hào)值況123平均值淬水件158152147152.3未淬水件164160159161對比硬度試驗(yàn)值表明 CuNi2Si 模鍛件進(jìn)行高溫淬水會(huì)使零件基體發(fā)生軟化，而且經(jīng)固溶時(shí)效處理也不能完全回復(fù)。2、 CuNi2Si 定位線夾自制件與進(jìn)口件對比進(jìn)行金相試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖一、圖二所示：圖一圖二定位線夾自制件金相圖定位線夾進(jìn)口件金相圖進(jìn)口件組織均勻，晶粒度 2.5 級，最小晶粒尺寸為 40mm ，最大晶粒尺寸為 450mm ，析出強(qiáng)化相較多，在零件選定部位進(jìn)行硬度試驗(yàn) HBW為 168。自制件組織不太均勻，晶粒度極不均勻

6、，細(xì)晶粒視場晶粒度 5. 5 級，最小晶粒尺寸 20mm ，最大晶粒尺寸為 200mm ，大晶粒尺寸視場晶粒度 2. 0 級，最小晶粒尺寸為 30mm ，最大晶粒尺寸為 660 mm ，析出強(qiáng)化相較少，在零件選定相應(yīng)部位進(jìn)行硬度試驗(yàn) HBW為 162。- 3 -3、 定位線夾進(jìn)口件與自制件拉力破壞對比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表 4。表 4定位線夾拉力破壞試驗(yàn)產(chǎn)品名稱規(guī)定水平破壞荷重試驗(yàn)極限破壞荷重備注進(jìn)口定位線夾7.50KN22KN截面小零件重至0.075g自制定位線夾7.50KN30KN截面大零件重至0.08g4、CuNi2Si 固溶時(shí)效熱處理工藝參數(shù)較佳方案的選擇試驗(yàn)：CuNi2Si 新材料固溶時(shí)

7、效熱處理無國外和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)資料，只能采取探索試驗(yàn)的方法進(jìn)行，即尋找同類型材料熱處理規(guī)范作參考，制定進(jìn)行熱處理加熱溫度、保溫時(shí)間試驗(yàn)方案進(jìn)行探索試驗(yàn)，分三個(gè)階段即試驗(yàn)探索階段、試生產(chǎn)試驗(yàn)階段、生產(chǎn)試驗(yàn)階段，驗(yàn)證不同試驗(yàn)階段結(jié)果的正確性和重復(fù)性。4.1、 試驗(yàn)探索階段:固溶時(shí)效熱處理工藝規(guī)范見表 5。表 5試驗(yàn)探索階段固溶時(shí)效熱處理工藝規(guī)范合金固溶處理時(shí)效處理牌號(hào)加熱溫度（）保溫時(shí)間（min）冷卻方式加熱溫度（）保溫時(shí)間（min）冷卻方式CuNi2Si8508705090淬水（室溫）440460120180空冷經(jīng)固溶時(shí)效熱處理后，? 22X 100 拉制棒試樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表 6。

8、表 6? 22X100 拉制棒試樣固溶時(shí)效處理后力學(xué)性能試驗(yàn)值選擇件號(hào)抗拉強(qiáng)度（MPa）屈服強(qiáng)度（MPa）伸長率（） 布氏硬度（HBW）164046518.2159268549517.5- 4 -經(jīng)同爐固溶時(shí)效熱處理后，? 22 拉制棒與生產(chǎn)承力索電連接線夾對比試驗(yàn)：金相對比試驗(yàn)結(jié)果如圖三、四所示。圖三圖四? 22 拉制棒金相圖承力索電連接線夾金相圖? 22 拉制棒晶粒度 3 級，最小晶粒尺寸為 40mm ，最大晶粒尺寸為400mm ，析出強(qiáng)化相較多。承力索電連接線夾晶粒度 3 級，最小晶粒尺寸為 50mm ，最大晶粒尺寸為 500mm ，析出強(qiáng)化相較少。4.2、 試生產(chǎn)試驗(yàn)階段:根據(jù)試驗(yàn)探索

9、階段固溶時(shí)效熱處理工藝規(guī)范，擬定了個(gè)方案，在試生產(chǎn)試驗(yàn)階段進(jìn)行工藝參數(shù)較佳方案的選擇試驗(yàn)，個(gè)方案工藝參數(shù)詳見表 7。表 7 試生產(chǎn)試驗(yàn)階段固溶時(shí)效熱處理工藝規(guī)范方案試生產(chǎn)試驗(yàn)階固溶處理時(shí)效處理段試驗(yàn)方案加熱溫度（）保溫時(shí)間（min）冷卻方式 加熱溫度（）保溫時(shí)間（min）冷卻方式850±590淬水（室溫） 460±5120空冷860±570淬水（室溫） 450±5150空冷870±550淬水（室溫） 440±5180空冷- 5 -個(gè)固溶時(shí)效熱處理工藝規(guī)范方案，試驗(yàn)結(jié)果如表 8。表 8? 26X100 拉制棒試樣固溶時(shí)效熱處理后力學(xué)性能

10、試驗(yàn)值結(jié)項(xiàng)同爐熱處理較佳方案選抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度伸長率布氏硬度目零件本體布擇試驗(yàn)評價(jià)果（MPa）（MPa）（）（HBW）方案氏硬度結(jié)果62550018.8165156佳64152816.417062749821.2160151良64251920.016061448220.8153148合63549920.81484.3、生產(chǎn)試驗(yàn)階段：根據(jù)試生產(chǎn)試驗(yàn)階段工藝參數(shù)較佳方案選擇結(jié)果，詳見表 9。表 9生產(chǎn)試驗(yàn)階段固溶時(shí)效熱處理工藝規(guī)范方案固溶處理時(shí)效處理生產(chǎn)試驗(yàn)方案保溫時(shí)間（min）保溫時(shí)間（min）加熱溫度（）冷卻方式 加熱溫度（）冷卻方式850±590淬水（室溫） 460±51

11、20空冷生產(chǎn)試驗(yàn)階段對 6 項(xiàng)大小、厚薄、長短不同規(guī)格類型的模鍛件合計(jì) 12000 余件進(jìn)行了 20 余熱處理爐次，抽取 ? 26X 100 拉制棒試樣和接頭線夾本體取樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，以及其余不能取樣零件進(jìn)行硬度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果詳見表 10。- 6 -表 10? 26X100 拉制棒試樣和零件本體取樣力學(xué)性能試驗(yàn)值項(xiàng)抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度伸長率布氏硬度同爐熱處理零件本結(jié)目取果（MPa）（MPa）（）（HBW）體布氏硬度樣1 號(hào)試樣63854017.216020 余熱處理爐2 號(hào)試樣63353016.8152次共抽硬度試3 號(hào)試樣660573160驗(yàn) 126 件表面布零件本體取樣60451518.8

12、152（心部）氏硬度值都在63855216.4（心部）157 以上141三、試驗(yàn)結(jié)論1、 CuNi2Si 拉制棒原材料，在相同零件模鍛后淬水與不淬水對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，模鍛件不應(yīng)高溫淬入水中，因?yàn)楦邷卮闼畷?huì)導(dǎo)致模鍛件基體軟化，降低了模鍛件的使用性能。2、 CuNi2Si 拉制棒原材料制作零件，對比相同零件不同狀態(tài)試驗(yàn)數(shù)據(jù)不難看出，CuNi2Si 制作零件退火態(tài)使用是不合適的，因?yàn)橥嘶饝B(tài)的力學(xué)性能不能可靠滿足零件最小抗拉強(qiáng)度 490MPa,伸長率大于 15的要求。而固溶時(shí)效態(tài)的力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度一般都在 600MPa 以上，伸長率一般都在 16以上，性能穩(wěn)定，超過了零件力學(xué)性能最低要求，所以 CuN

13、i2Si 原材料制作零件固溶時(shí)效態(tài)使用是正確穩(wěn)定可靠的。3、 CuNi2Si 拉制棒洛銅生產(chǎn)原材料，公司自制模鍛件與進(jìn)口相同零件對比試驗(yàn)結(jié)果表明，宏觀上達(dá)到了國外技術(shù)性能水平，但在微觀組織結(jié)構(gòu)上還存在一定的差距。這也是我國原材料生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該不斷改進(jìn)完善- 7 -提高之處。4、 CuNi2Si 拉制棒原材料加工模鍛件，經(jīng)過系統(tǒng)固溶時(shí)效熱處理試驗(yàn)。探索試驗(yàn)確定了熱處理工藝參數(shù)范圍，通過試生產(chǎn)進(jìn)行了較佳熱處理方案選擇，最后經(jīng)批量生產(chǎn)驗(yàn)證考核，證明能穩(wěn)定可靠滿足高速電氣化鐵路接觸網(wǎng)零部件的使用要求。鑒于大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，又經(jīng)過綜合考慮分析確定，CuNi2Si 原材料加工零件的固溶時(shí)效熱處理工藝規(guī)范詳見表 11。表 11CuNi2Si 原材料固溶時(shí)效熱處理工藝規(guī)范固溶處理時(shí)效處理合金牌號(hào)加熱溫度（） 保溫時(shí)間（min）冷卻方式加熱溫度（） 保溫時(shí)間（min）冷卻方式CuNi2Si855±590