含铜钢由于其自身具有的优良的综合性能,使其应用领域不断扩大,被广泛应用于建筑用材、高压容器及输送管道、汽车、船舶、航空航天等各种行业。含铜钢在成分设计过程中,为了改善钢的强度过渡依赖碳含量的多少,从而大幅度减少碳的含量,主要依靠合金化、细晶强化、固溶强化与析出强化来提高钢材的性能,例如高强度、高韧性,以及优良的焊接性能和机械加工性能。本文选用添加Ni、Al元素的Fe-Cu合金为材料,在900℃固溶淬火后时效不同时间,通过力学性能测试、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)表征等手段,研究了Ni、Al元素对Fe-Cu合金时效过程组织演变的影响,并探讨了其对Fe-Cu合金强化的作用机理,得到以下结论:时效过程中,Fe-Cu合金组织始终为多边形铁素体;加入Ni、Al后变为板条马氏体组织,Ni、Al元素提高了钢的淬透性,细化板条马氏体的板条束尺寸。随着时效时间的增加,马氏体的板条结构开始分解,逐渐向多边形铁素体转变。Ni、Al元素的添加,使得合金的硬度明显提高,在时效过程中,材料的显微硬度随着时效时间有明显变化,具体呈现出先增加后减小的趋势,均在32min达到硬度的峰值。在欠时效阶段(t<32min),此时析出物处于形核阶段,在此阶段析出物的尺寸随着时效的进行逐渐减小,数量密度明显增加;在时效峰阶段(t=32min),析出物的数量密度达到峰值,尺寸细化明显,此时的析出物在形态上主要呈现出球形;在过时效阶段(t>32min),此时析出物开始发生长大和粗化,随着时效时间的延长,析出物的尺寸上变大,数量密度有所降低,在形态上逐渐由球形转变为椭球形,短棒状。实验统计结果表明,Ni、Al元素添加能够促进析出物的形核,提高析出相的数量密度并细化了析出相尺寸。在相同的时效时间内,添加Ni、Al元素的实验钢中富Cu相的尺寸总是小于不添加任何元素的实验钢中富铜相的尺寸,说明镍原子和铝原子的共加入降低了富Cu相的生长和粗化速率。在时效峰值处,钢中的析出物一直呈现为BCC结构的过渡型富Cu亚稳相。