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非真空熔铸Cu-Cr-Zr合金组织性能研究

郭望望  
【摘要】:Cu-Cr-Zr系合金作为一种典型的时效强化型合金,具有高强度和高导电的特性,在电子信息和高速电气化铁路等领域得到了广泛的应用和发展。但生产实践中,Cu-Cr-Zr合金通常采用真空熔炼的制备工艺,技术要求和生产成本较高。因此,探究非真空熔铸的Cu-Cr-Zr合金的组织和性能,对生产和开发该种合金具有深远而重大的意义。 本文针对非真空熔铸的Cu-0.92Cr-0.068Zr、Cu-0.90Cr-0.18Zr和Cu-0.94Cr-0.34Zr合金,通过金相分析、透射电子显微分析、X射线衍射分析、拉伸试验以及单向热压缩等试验方法,研究了非真空熔铸的Cu-Cr-Zr合金铸态及固溶时效处理后的组织和性能,探讨了合金元素Zr的含量对合金组织性能的影响。 结果表明:非真空熔铸的Cu-Cr-Zr合金铸态组织组成物主要有固溶铜相、单质铬相和Cu-Zr第二相组成。Cu-0.90Cr-0.18Zr和Cu-0.94Cr-0.34Zr合金的晶粒尺寸相差不大,但均比Cu-0.92Cr-0.068Zr合金晶粒尺寸小,可见合金元素Zr的加入具有细化晶粒的作用,但过量的Zr元素对晶粒细化的作用不大。合金在铸态下导电性、硬度和强度较低,三种合金在铸态下的导电率分别为51%IACS、46%IACS和41%IACS ;显微硬度分别为100HV、100HV和102HV;而铸态平均抗拉强度只有240MPa。 经适当的形变热处理(即固溶+冷变形+时效处理)后,能够显著提高合金显微硬度和导电性。如Cu-0.90Cr-0.18Zr合金经950°C×1h固溶和500°C×1h时效后,显微硬度和导电率分别达到135HV和71%IACS;而经过60%预变形500°C×1h时效后,显微硬度和导电率分别达到了151HV和76%IACS。时效时间对合金的导电率和显微硬度的影响表现在:随时效时间的延长导电率逐渐增大,且时效初期合金导电率增幅较大;而合金显微硬度则是低温时随着时效时间的延长而增加,高温时呈现先快速上升,达到峰值后缓慢下降的趋势。冷变形后的合金晶粒内部和晶界附近产生大量的位错,时效析出的二次相弥散分布在铜基体中,使得合金强度和导电率得到显著改善。固溶时效后三种合金的抗拉强度分别达到546MPa、576MPa和550MPa,导电率分别达到70%IACS、76%IACS和72%IACS,满足高强高导铜合金的性能要求。 采用高温单向压缩试验讨论了变形温度、变形速率对Cu-0.92Cr-0.068Zr和Cu-0.90Cr-0.18Zr合金高温压缩变形的影响规律,结果表明:变形温度越高,应变速率越小,合金发生动态回复和再结晶的倾向越明显。并利用Arrhenius双曲正弦函数,求得合金的变形激活能,建立了合金的流变应力方程。


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