爆炸焊接Cu-Ni-Si-Cr时效硬化合金复合材料的冷轧与时效调控：微观结构演变与性能优化机制研究

为解决大型高性能构件铸造过程中成分与组织不均匀性问题，研究人员通过爆炸焊接固溶态Cu-Ni-Si-Cr合金并开展冷轧与时效处理研究。结果表明，20%/60%冷轧后界面孔隙逐渐闭合，峰值时效(470°C/3h)后复合材料硬度达HV229-235，热导率>150 W·m-1·K-1，屈服强度提升至623 MPa。该研究为通过小尺寸板材组装制造大型高性能构件提供了新思路。

　　

在航空航天、交通运输和国防工业等领域，对高强度结构材料的需求日益增长。传统铸造方法制备大型时效硬化合金构件时，面临严重的微观结构和成分均匀性问题，特别是对于电磁发射器导轨等关键部件使用的Cu-Ni-Si-Cr合金。这类合金通过固溶-时效处理可获得高强度和高导电性，但铸造大尺寸产品时性能难以保证。爆炸焊接技术能一次性制备大面积复合材料，但针对时效硬化合金复合材料的后续加工与性能调控研究仍存在知识空白。

国内某研究机构的研究人员创新性地采用固溶态Cu-(2.3-2.7)Ni-(0.4-0.6)Si-(0.1-0.4)Cr wt.%合金板材，通过爆炸焊接制备复合材料，系统研究了冷轧(20%/60%变形量)和时效处理(380-590°C)对材料微观结构和性能的影响。相关成果发表在《Journal of Materials Research and Technology》上，为大型构件的制备提供了新思路。

研究采用爆炸焊接(310 m/s碰撞速度，8°碰撞角)制备复合材料，通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)结合电子背散射衍射(EBSD)分析微观结构，利用透射电镜(TEM)观察纳米析出相，采用维氏硬度计和CMT4204试验机测试力学性能，并通过激光闪射法测量热导率。

【3.1 冷轧后的微观结构】研究发现爆炸焊接形成的波浪状界面存在局部熔融区和孔隙，冷轧后孔隙逐渐闭合且未产生裂纹。EBSD分析显示峰值时效后复合材料界面区域发生显著再结晶(48.1%-63.3%)，TEM观察到界面区δ-Ni₂Si析出相平均尺寸达31.2 nm，明显大于其他区域。

【3.2 力学性能】冷轧复合材料经470°C峰值时效后，硬度达HV227-235。CRC60获得最佳综合性能：屈服强度623 MPa，抗拉强度673 MPa，延伸率10%，热导率162 W·m^-1·K^-1。断口分析显示冷轧后材料韧性改善，时效后形成更多韧窝。

【3.4 热导率】热导率随冷轧变形量增加而提高，峰值时效CRC60的热导率较原始材料(86 W·m^-1·K^-1)提升近两倍，归因于缺陷促进析出从而减少固溶原子散射。

【4.1 时效响应调控】定量分析表明，峰值时效CRC60界面区主要强化机制为位错强化(113 MPa)、晶界强化(179 MPa)和析出强化(220 MPa)，而其他区域以析出强化为主(509 MPa)。界面区析出相粗化与纳米晶界促进元素扩散有关。

该研究证实了通过爆炸焊接固溶态合金并配合后续加工制备大型构件的可行性。创新性地提出"先焊接后时效"的工艺路线，通过冷轧消除界面缺陷并调控析出行为，使复合材料获得优于传统铸造材料的性能组合。研究结果为解决大型构件制造难题提供了新思路，特别适用于电磁发射器导轨等对强度-导电性协同要求严苛的场合。多尺度微观结构表征与定量强化机制分析为类似材料的工艺优化提供了重要参考。