【摘要】：Cu-Cr系合金因具有高強度和優(yōu)越的導電、導熱以及良好的加工性能而被廣泛應用于軌道交通、電子電氣行業(yè)。本文以高純度陰極銅(99.95 wt.%)、Cu-10Cr中間合金和99.99 wt.%的Ag為原料,通過“熔煉—鐵模澆鑄—擠壓—拉拔—固溶—時效—拉拔”以及“上引連續(xù)鑄造—拉拔—固溶—拉拔—時效—拉拔”兩種加工制備工藝制備具有高性能Φ3 mm的Cu-Cr-Ag合金桿。研究了合金的力學性能和導電性能在制備過程中的演變規(guī)律,并評價了材料的抗軟化性能,通過金相顯微鏡和掃描電鏡對合金的晶粒組織和第二相進行了表征,利用透射電鏡研究了合金的位錯和時效析出相的特征,重點探討了形變和時效處理工藝對Cu-Cr-Ag合金組織性能的影響,揭示了Cu-Cr-Ag合金制備工藝—微觀組織—力學性能之間的聯(lián)系。主要結果如下:(1)鐵模澆鑄Cu-0.3Cr-0.1Ag合金,鑄態(tài)合金晶粒粗大,平均尺寸約500μm,富含Cr的第二相分布于基體,合金的強度(158MPa)和電導率(52.3%IACS)均較低;經熱擠壓(Φ80 mm-Φ13 mm)變形后,合金晶粒破碎,平均尺寸約為80μm,并發(fā)生了動態(tài)再結晶,組織中出現(xiàn)棒狀第二相,相對于鑄態(tài)合金,強度提升48MPa,電導率略微降低;合金經過變形量為88%的多道次拉拔后,合金晶粒沿著拉拔方向大幅伸長,第二相粒子形貌無明顯變化,合金強度大幅度提高,達到378.3 MPa,與鑄態(tài)相比電導率略有降低(降低越5%IACS)。(2)固溶時效對冷拉態(tài)Cu-0.3Cr-0.1Ag合金的組織性能影響顯著。固溶處理后,合金發(fā)生完全再結晶行為,晶粒變大(約為200μm),大多數第二相粒子已固溶于銅基體中,但仍有少量的保留,此外,合金位錯減少,加工硬化得到消除,合金強度降低至256.3 MPa,電導率達到62.6%IACS;時效過程中,納米量級的Cr相粒子從基體析出,起到析出強化的作用,大幅度提升了合金的綜合性能,合金在500℃時效120 min獲得最佳的時效強化效果,抗拉強度、電導率及延伸率分別為381 MPa、92%IACS和19%,此狀態(tài)合金經再拉拔后(變形量55%),抗拉強度、電導率分別達到495.5 MPa、83%IACS,此外,合金的軟化溫度超過550℃。(3)上引連鑄鑄造Cu-0.3Cr-0.1Ag合金晶粒呈長條狀,長度方向與上引鑄造方向保持一致,縱向長度超過1000μm,寬度介于30-200μm,長寬比最大達到33,第二相呈球形,分布于長條狀晶粒之間,尺寸在2-3μm之間,上引連鑄這種長條狀的晶粒組織和第二相方向性排布的特征使其具有良好的強度和塑性匹配,抗拉強度達到230 MPa,延伸率達到28%。經變形量為71%的拉拔后,合金晶粒呈纖維狀組織,位錯增加,沿晶界堆積,合金抗拉強度提升,達到388 MPa,延伸率為6.7%,電導率略有下降。(4)形變熱處理對上引連鑄Cu-0.3Cr-0.1Ag合金組織性能影響顯著。經過高溫固溶淬火處理,仍有部分晶粒呈現(xiàn)出典型的長條狀形貌,長寬比略有降低,合金中仍有未固溶的殘留第二相,合金強度減小,延伸率、電導率增加;二次拉拔后(變形量為58%),合金晶粒延長度方向拉長,長寬比大幅度提升,位錯增多并相互纏結,形成了高位錯密度的細胞狀亞結構,強度達到333 MPa,延伸率為2.4%、電導率為55%IACS;時效處理后,合金組織仍保持變形態(tài)組織,富Cr第二相分布于長條形晶粒晶界處,合金基體中出現(xiàn)大量的納米沉淀相,經透射電鏡分析確定為fcc結構的富Cr時效析出相,此外,時效處理降低了合金的位錯密度,Ag元素始終以溶質原子的形式分布于基體,主要以固溶強化方式提高合金的強度。合金的最佳時效工藝為450℃、120 min,抗拉強度、電導率及延伸率分別為441 MPa、88%IACS和12%,此狀態(tài)下的合金經過變形量為55%拉拔處理后,抗拉強度得到大幅度提升,達到540 MPa,相應的維氏硬度、電導率、延伸率分別為188HV、84%IACS、2%,軟化溫度接近550℃。
【圖文】：

5圖 1.1 其他元素對銅合金導電性能的影響[39] Effect of other elements on the electrical conductivity of cop

[46]等通過選區(qū)電子衍射花樣證實了Cu-Cr合金中的確發(fā)生了富Cr相由fcc轉變?yōu)閎cc的過程，如圖1.2所示。此外 A. Chbihi[46]等發(fā)現(xiàn)，bcc 結構的富 Cr 相與 Cu 基體具有兩種不同的取向關系， 即 N/W、K/S 關系。圖 1.2 時效后 Cu-Cr 合金的 TEM 組織[46]Fig. 1.2 TEM bright field micrograph and corresponding selected area diffraction pattern of theCu-Cr alloy
【學位授予單位】：江西理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TF811;TG291

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1 袁大偉;Cu-Cr-Ag合金制備與組織調控[D];江西理工大學;2018年

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本文編號：2650172