C19400合金是全球首款应用于引线框架的铜合金材料，由美国奥林公司于1970年研发成功，该材料的问世迅速推动了铜合金引线框架材料的研发热潮^{［ ［1］ SHI G D，CHEN X H，JIANG H，et al. Strengthening mechanisms of Fe nanoparticles for single crystal Cu-Fe alloy［J］. Materials Science and Engineering：A，2015，636：43-47.
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1-2 ］}。该合金属于Cu-Fe-P系合金，其突出特点是具有较好的强度、电导率和塑性，生产工艺简单，性价比高，在航空航天、电子和汽车制造等领域获得广泛应用^{［ ［3］ LI R G，KANG H J，CHEN Z N，et al. A promising structure for fabricating high strength and high electrical conductivity copper alloys［J］. Scientific Reports，2016，6：20799.
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3-8 ］}。Fe在Cu中的溶解度（质量分数）较低，在635 ℃时可达0.15%，在1050 ℃时可达3.5%，Fe元素的添加不仅能细化晶粒，还能延缓再结晶过程，进而改善铜合金的力学性能，尽管它会降低铜的导电性和导热性，但仍值得关注； 而P在Cu基体中的溶解度有限，最大值为1.75%，在室温下几乎为0，该元素的存在能防止Fe氧化形成夹杂及氢脆，是优质的脱氧剂，还能提高焊接性和抗氧化性。C19400合金的显微组织主要由α-Cu基体和析出相（α-Fe，γ-Fe，Fe₂P，Fe₃P等^{［ ［9］ 刘宇宁，莫永达，向朝建，等. C19400合金半蚀刻后表面粗糙度的影响因素［J］. 腐蚀与防护，2024，45（9）：74-79.
9 ］}）组成。

随着科技的不断发展，高效快速的信号和电力传输需求及精密化和多样化的连接器设计，对于所用材料的成分、性能和表面质量提出了更高的要求，如高强、高导、高弹性模量和优异的软化温度等。目前，传统加工工艺制备的C19400合金用于形状复杂、结构精密的连接器时，性能略有不足，且缩短产品的使用寿命。因此，有必要进一步优化C19400合金的综合性能。

众所周知，合金性能的优化主要依赖于形变热处理和微合金化两种技术。其中，微合金化对性能的优化归因于所添加元素对基体的增强，即形成新的析出相或抑制时效过程中析出相的粗化。对于铜合金板带材，在Cu基体中添加Mg，Mn，Ni，Si，Co，Te和Ag等微合金化元素，并对合金化元素含量进行合理控制，可以改变铜合金的相变和晶界行为，进而增强其力学性能、折弯性能及抗软化性能^{［ ［4］ GENG Y F，BAN Y J，WANG B J，et al. A review of microstructure and texture evolution with nanoscale precipitates for copper alloys［J］. Journal of Materials Research and Technology，2020，9（5）：11918-11934.
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10-15 ］}。其中，Mg作为一种低成本的合金元素，具有大规模工业应用的潜力^{［ ［16］ MONZEN R，WATANABE C. Microstructure and mechanical properties of Cu-Ni-Si alloys［J］. Materials Science and Engineering：A，2008，483：117-119.
16 ］}。该元素的添加可以提高Cu-Fe系合金在变形过程中微观组织的稳定性^{［ ［17］ SUN Y Q，PENG L J，HUANG G J，et al. Effects of Mg addition on the microstructure and softening resistance of Cu-Cr alloys［J］. Materials Science and Engineering：A，2020，776：139009.
［18］ ZENG H，SUI H，WU S J，et al. Evolution of the microstructure and properties of a Cu-Cr-（Mg） Alloy upon thermomechanical treatment［J］. Journal of Alloys and Compounds，2021，857：157582.
17-18 ］}，并可抑制Cu基体的再结晶，降低Fe的极限固溶度，细化析出的Fe相，使Fe相分布更加均匀，进而提高合金的力学性能和软化温度。相关研究表明：Mg的添加可使Cu-30Fe合金屈服强度提高40%^{［ ［19］ JEONG Y B，JO H R，PARK H J，et al. Mechanical properties and microstructural change in （Cu-Fe） immiscible metal matrix composite：Effect of Mg on secondary phase separation［J］. Journal of Materials Research and Technology，2020，9（6）：15989-15995.
19 ］}； 可使Cu-6.5Fe-0.3Mg合金的屈服强度、抗拉强度、伸长率和电导率分别提高至635 MPa，704 MPa，5.1%和60.2%IACS^{［ ［20］ YUAN D W，ZENG H，XIAO X P，et al. Effect of Mg addition on Fe phase morphology，distribution and aging kinetics of Cu-6.5Fe alloy［J］. Materials Science and Engineering：A，2021，812：141064.
20 ］}； 可细化Cu-Ni-Fe-P合金的晶粒尺寸和（Ni，Fe）₂P析出相^{［ ［12］ CUI J G，ZHOU R，YANG W D，et al. Effect of Mg on microstructure and properties of Cu-Ni-Fe-P alloy with high strength and high conductivity［J］. Materials Today Communications，2024，41：110513.
12 ］}，从而提高合金的强度。然而，关于Mg元素添加对C19400合金组织和性能影响的研究较少。

本研究以相同工艺制备了不同Mg含量的C19400合金，观察并分析了在相同的加工工艺下，Mg元素的添加对C19400合金显微组织、力学性能、电导率、软化温度和折弯性能的影响规律，为后续工业化生产过程中合金性能的优化提供了参考。

商用C19400铜合金的工业化生产工艺步骤包括：立式半连续铸造→热轧→铣面→粗轧→热处理→终轧→拉弯矫直→清洗→表面检测。本文通过立式半连续铸造制备出不同Mg质量分数（0，0.2%，0.24%，0.29%，0.38%，0.46%，0.65%）的C19400铸锭，并对铸锭进行以下工艺处理：切除铸锭头尾并打磨表面缺陷； 在预热炉内加热保温一段时间（950 ℃×5 h）； 热轧到指定厚度后淬火，以确保元素充分固溶并防止晶粒过分长大； 铣面去除表面的氧化皮，以避免氧化物在后续加工工序中对材料表面造成遗留缺陷； 将铣面后试样冷轧到固溶前厚度； 将冷轧板材以指定的形变热处理工艺加工成不同厚度，其中不同Mg含量合金的加工工艺相同。

合金的化学成分分析。采用ARL4460火花直读光谱仪进行分析。

显微组织分析。采用Nikon ECLIPSE MA200光学显微镜（OM）对样品显微组织进行观察。试样制备。 先使用不同粒径SiC砂纸和直径约50 nm的Al₂O₃悬浮液以同一方向研磨和抛光，直到观察面达到镜面光洁度； 之后使用95 ml C₂H₅OH+5 ml HCl+5 g FeCl₃溶液浸蚀样品表面10~15 s； 浸蚀后立刻冲洗并烘干。

拉伸力学性能测试。根据GB/T 228.1—2021，在Zwick/Roell材料拉伸机（试验力的范围为0~100 kN）上进行测试。拉伸试样以取自与轧制方向（GW）平行的板材通过冲压加工制成，其长度为75 mm、宽度为12.5 mm。在进行拉伸试验前，对试样冲压处的边缘进行打磨处理。

显微硬度检测。在Zwick/Roell维氏硬度计（测量范围0.2~30 kgf）上进行测试，取10次测试的平均值作为结果。

电导率测定。采用SIGMATEST 2.069电导率测量仪进行测试，该设备的测量范围为1%~112%IACS，测量精度达±0.5%。

抗高温软化性能测试。根据GB/T 33370—2016标准，合金的软化温度为退火过程中合金硬度下降到初始硬度的80%时所对应的退火温度。

折弯性能测试。在微机控制弯曲试验机WDW-S5上对样品进行折弯，通过观察折弯处样品表面形貌判定折弯性能。

对含Mg和无Mg的铸态C19400合金试样分别进行微观组织观察，结果如图1所示。可知，C19400合金的显微组织主要由Cu基体和灰白色的析出相组成。其中无Mg合金的析出相尺寸更大、更聚集。这是由于Mg与P的强相互作用能抑制Fe₂P析出相的粗化，同时形成弥散分布的Mg₂P颗粒，增强析出相的钉扎效应^{［ ［19］ JEONG Y B，JO H R，PARK H J，et al. Mechanical properties and microstructural change in （Cu-Fe） immiscible metal matrix composite：Effect of Mg on secondary phase separation［J］. Journal of Materials Research and Technology，2020，9（6）：15989-15995.
［20］ YUAN D W，ZENG H，XIAO X P，et al. Effect of Mg addition on Fe phase morphology，distribution and aging kinetics of Cu-6.5Fe alloy［J］. Materials Science and Engineering：A，2021，812：141064.
［21］ YU X Y，SONG Y F，WANG C C，et al. Effect of Mg content on the microstructure and properties of high strength，high conductivity Cu-Fe-Cr-Si-Mg alloy［J］. Materials Science and Engineering：A，2023，883：145510.
19-21 ］}。在析出相强化和晶界强化的共同作用下，含Mg合金的硬度更高，且随着析出相的增多，电导率有所下降，这与表1所述相对应。Mg元素的加入对析出相的形成起到了促进作用^{［ ［17］ SUN Y Q，PENG L J，HUANG G J，et al. Effects of Mg addition on the microstructure and softening resistance of Cu-Cr alloys［J］. Materials Science and Engineering：A，2020，776：139009.
17 ］}，但析出相尺寸由于Mg元素的添加被抑制^{［ ［22］ LI L J，KANG H J，ZHANG S R，et al. Microstructure and properties of Cu-Cr-Zr （Mg） alloys subjected to cryorolling and aging treatment［J］. Journal of Alloys and Compounds，2023，938：168656.
22 ］}。

试样经轧制变形达到固溶处理厚度，经过相同的固溶处理后，其性能参数见表2。由此可知，经过相同变形量的变形处理及相同工艺条件的热处理后，含Mg的C19400合金试样抗拉强度达到356 MPa，高出无Mg的C19400合金试样50 MPa，延伸率为35.9%，高出无Mg试样6%，且屈服强度和硬度值均高于无Mg合金试样，而电导率略低。这表明Mg元素的存在增强了固溶强化作用，从而使得合金的抗拉强度提高。固溶处理使得第二相回熔到基体中，导致固溶态合金的电导率低于铸态合金的电导率，而相同质量分数下Mg元素相对于Fe元素对Cu电导率的影响较低^{［ ［23］ 刘超，柴胜利，李荣平，等. Cu-Fe-P系合金的强化手段及机制研究现状［J］. 铸造设备与工艺，2025（1）：61-66.
23 ］}。因此，在元素和第二相回熔的共同作用下合金的电导率差异不明显。

对上述经固溶处理的2个试样，分别施加不同轧制变形量（10%，20%，30%，40%，50%，60%）进行轧制变形测试，随后进行相同条件的时效处理，测得各试样的力学性能和电导率如图2所示。

图2显示：随着轧制变形量的增加，合金的延伸率和电导率逐渐下降，抗拉强度逐渐上升。在60%变形及时效后，无Mg的C19400合金强度提升了约45%，电导率下降了4.7%； 而含Mg的C19400合金的强度提升了约34%，电导率下降了4.6%。合金强度大幅提升、延伸率降低，是由于变形处理导致位错塞积产生的位错强化，以及热处理中位错作为形核点促进析出相形成的时效强化，两者协同作用的结果。合金电导率下降，是由于在Mg元素导致的晶格畸变及变形位错的共同作用下，电子散射增加。在相同时效处理工艺下，增大变形量导致位错密度上升。位错强化效应使合金抗拉强度持续提高，而延伸率则与变形量成反比关系，随变形量的增加逐步降低^{［ ［12］ CUI J G，ZHOU R，YANG W D，et al. Effect of Mg on microstructure and properties of Cu-Ni-Fe-P alloy with high strength and high conductivity［J］. Materials Today Communications，2024，41：110513.
12 ， ［24］ YUAN D W，XIAO X P，LUO X，et al. Effect of multi-stage thermomechanical treatment on Fe phase evolution and properties of Cu-6.5Fe-0.3Mg alloy［J］. Materials Characterization，2022，185：111707.
24 ］}。值得注意的是，当变形量超过30%，延伸率下降趋势显著减缓。与此同时，合金电导率随变形量增大而降低。

为了进一步确认Mg含量对C19400合金性能的影响，对经过相同轧制变形（40%变形量）后的不同Mg含量C19400合金的力学性能进行测试，测试结果如图3所示。由图3可知，随着Mg含量增加，合金抗拉强度、硬度呈上升趋势，而电导率则呈下降趋势。当Mg质量分数为0.65%时，合金的抗拉强度达到436 MPa，相对于无Mg时提升了12%，而合金的电导率为68.7%IACS，相对于无Mg时下降3%左右。

为了进一步明确Mg元素对合金的影响，依据图3所示性能，选取上述Mg质量分数分别为0，0.46%和0.65%的C19400合金，在进行480 ℃×6 h时效处理后再次检测其性能，结果见表3。由表3可知：Mg含量为0.65%的合金经时效后，其抗拉强度能达到530 MPa，延伸率为4%，电导率为68.74%IACS； 而Mg含量为0.46%的合金经时效处理后，抗拉强度达到524 MPa，电导率达到70.16%IACS。由此可见，合金内Mg元素含量越高，经轧制变形及时效后，抗拉强度和硬度越高。这是由于析出的第二相增多，阻碍了位错的移动，进而使得合金强度和硬度迅速增加^{［ ［21］ YU X Y，SONG Y F，WANG C C，et al. Effect of Mg content on the microstructure and properties of high strength，high conductivity Cu-Fe-Cr-Si-Mg alloy［J］. Materials Science and Engineering：A，2023，883：145510.
21 ］}。然而，位错的存在会增大电子散射，进而导致电导率下降。

图4显示了有Mg和无Mg C19400合金的抗高温软化曲线。由图4可知，两种合金的显微硬度均随退火温度上升呈现下降趋势。对比发现：在相同处理时间与温度下，含Mg合金的硬度明显高于无Mg合金； 无Mg的C19400合金的软化温度为460 ℃左右，而含Mg的C19400合金的软化温度显著提高，达到490 ℃左右； 无Mg合金在约520 ℃之后硬度曲线趋于平缓，含Mg合金在约540 ℃之后趋于平缓。这是由于C19400合金中α-Fe相的生长速度较快，较粗的α-Fe相加速了合金的再结晶，导致快速软化，而Mg元素的加入能够有效地抑制该相的生长，从而抑制由再结晶引起的软化^{［ ［12］ CUI J G，ZHOU R，YANG W D，et al. Effect of Mg on microstructure and properties of Cu-Ni-Fe-P alloy with high strength and high conductivity［J］. Materials Today Communications，2024，41：110513.
12 ， ［17］ SUN Y Q，PENG L J，HUANG G J，et al. Effects of Mg addition on the microstructure and softening resistance of Cu-Cr alloys［J］. Materials Science and Engineering：A，2020，776：139009.
［18］ ZENG H，SUI H，WU S J，et al. Evolution of the microstructure and properties of a Cu-Cr-（Mg） Alloy upon thermomechanical treatment［J］. Journal of Alloys and Compounds，2021，857：157582.
17-18 ］}。因此，在C19400合金中添加Mg元素，可以提高合金的硬度和软化温度。

图5显示了相同加工工艺制备的相同厚度（0.4 mm）带材样品，以不同折弯半径折弯90°后的表面形貌。由图5可知，含Mg和无Mg的C19400合金带材以不同折弯半径折弯后，表面形貌差异明显。在90°GW折弯方向上：当折弯半径R=0.3 mm时，含Mg的C19400合金带材表面光滑平整，表面质量与折弯前几乎一致，而无Mg的C19400合金带材表面略有褶皱； 随着折弯半径进一步减小，当R=0.2 mm时，含Mg的C19400合金带材表面出现轻微褶皱，无Mg的C19400合金带材表面出现橘皮组织； 当R=0.1 mm时，无Mg的C19400合金带材表面已经出现开裂，而含Mg的C19400合金带材表面只是出现褶皱加重。在90°BW折弯方向上：当R=0.2 mm时，无Mg的C19400合金带材表面明显开裂，而含Mg的C19400合金带材表面只是呈现轻微裂纹； 当R=0.4 mm时，含Mg的C19400合金带材折弯后表面已几乎与折弯前一致，无Mg的C19400合金带材还存在轻微褶皱。由此表明，合金带材在相同厚度和相同折弯半径下，GW方向折弯性能优于BW方向，Mg元素的存在能够提升C19400合金的折弯性能。

C19400合金180°折弯后的表面形貌如图6所示。当R=0.4 mm时：GW方向上，无Mg合金的折弯形貌出现轻微褶皱，而有Mg的合金带材表面形貌几乎无变化； BW方向上，无Mg合金带材的表面已出现裂纹，而有Mg合金带材的表面呈现橘皮形貌。当R值逐渐增加时，与90°折弯一样，合金带材折弯后表面质量越来越差，在相同的R值下，GW方向折弯性能优于BW方向，含Mg的C19400合金折弯性能优于无Mg的C19400合金。

通过对比分析C19400合金有Mg和无Mg添加时的微观结构、力学性能、电导率及折弯性能，探究了Mg元素添加对该合金组织与性能的影响。得出以下结论：

1）Mg元素加入C19400合金中，能够抑制铸态组织中所析出第二相的长大。在相同铸造工艺条件下，添加了Mg元素的C19400合金，其强度、硬度更高。

2）随着Mg元素含量的增加，C19400合金的抗拉强度、硬度也逐渐增加。含有0.65%Mg的C19400合金经过轧制变形及480 ℃时效处理后，抗拉强度能达到530 MPa，电导率为68.74%IACS。

3）含Mg的C19400合金抗高温软化温度为490 ℃。在相同折弯半径及厚度下，含Mg的C19400合金折弯后表面形貌更好。