彈性合金是精密儀器儀表和精密機械中不可缺少的材料,用于制造接插件、彈簧連接器、開關、接觸片等,在電子信息、汽車、通訊工業以及載人航天等領域有重要應用。其中,鈹青銅號稱“彈性材料之王”,不僅具有很高的強度、彈性、耐磨性和耐疲勞性,還具有良好的導電、導熱、無磁和沖擊無火花等性能,在彈性合金領域占據主導地位。然而,鈹青銅生產過程存在毒性問題,且鈹青銅元件高溫抗應力松弛能力差、高溫導電穩定性低和時效后元件的變形度大等問題,已滿足不了精密儀器的要求。
為了替代鈹青銅合金,國內外開展了新型高彈高強銅合金研究,主要有Cu-Ni-Sn系列、Cu-Ni-Mn系列、Cu-Ni-Si系列、Cu-Ni-Al系列以及Cu-Ti系列。其中,Cu-Ni-Mn、Cu-Ni-Al系列合金,雖具有超高強度和高抗應力松馳性能,但導電性能較差;Cu-Ni-Si系列和Cu-Ni-Al-Si合金的強度和抗疲勞性能偏低。
相比之下,Cu-Ti合金具有高強度、高硬度和高彈性,優良的耐磨性、耐疲勞性、耐腐蝕性、可焊性以及機械加工性,與鈹青銅相當;與鈹青銅相比,Cu-Ti合金的高溫性能更為優異。因此,Cu-Ti合金是替代鈹青銅最有潛力的材料之一。
Cu-Ti合金是典型的時效硬化型合金,一般Ti含量在1%~6%。時效過程中,過飽和的Cu-Ti合金發生分解:首先是固溶體中復雜的有序化和團簇的形成,然后通過非典型形核或調幅先分解,形成亞穩態的有序共格β'-Cu4Ti相,導致Cu-Ti合金強化;隨著Cu4Ti相的逐漸長大,與基體失去共格關系,形成了穩定相β-Cu3Ti相,Cu-Ti合金強度下降。

圖 Cu-Ti合金相圖
銅鈦合金目前在研究上取得了大量成果:(1)厘清了Cu-Ti二元合金的相變過程,確定了調幅分解→fcc有序相→長程有序相β'-Cu4Ti相→Cu3 Ti相的相變順序;(2)發展出Cu-Ti-Sn、Cu-Ti-Ni和Cu-Ti-Al等系列銅鈦合金,其中Cu-Ti-Ni系列相對強度和導電率較好;(3)銅鈦合金大部分的熔煉工藝采用真空熔煉,少部分采用粉末冶金技術,大氣環境下熔煉困難較大,連鑄工藝尚未成熟,銅鈦合金的工業化大生產仍是一個挑戰【鄭良玉等,高強高彈代鈹銅鈦合金研究進展】。
隨著航空航天行業、電子信息行業快速發展,對導電彈性合金提出了更高要求,對于銅鈦合金的需求量將越來越大。









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