Cu-Cr-Zr合金摩擦焊工藝及接頭組織與性能研究.pdf

1、Cu-Cr-Zr合金是一種時效硬化型高強高導銅合金，具備較高的強度和硬度、良好的耐磨性和優(yōu)良的導電性能。銅基體中加入少量沉淀強化效果較為劇烈的Cr、Zr合金元素可明顯提高其物理、力學性能，尤其是硬度和軟化溫度大幅提升，因此，Cu-Cr-Zr合金常被用作汽車工業(yè)中的電阻焊電極，用于點焊低碳鋼和鍍層鋼板等。在高溫高壓環(huán)境下Cu-Cr-Zr合金電極頭部很容易失效，失效的電極采用熔化焊連接時，較大的熱導率使得Cu-Cr-Zr合金的熱量迅速從加熱

2、表面散失出去，使基體難以與填充金屬熔合；更大的流動性使得填充金屬很容易流失，導致焊接性較差。連續(xù)驅(qū)動摩擦焊作為一種高效優(yōu)質(zhì)的固態(tài)焊接方法，焊接過程不發(fā)生熔化，接頭為鍛造組織，焊接接頭強度遠大于熔焊和釬焊。因此，研究連續(xù)驅(qū)動摩擦焊法連接Cu-Cr-Zr合金具有重要的工程應用價值。
　　本文以點焊電極材料Cu-Cr-Zr合金為研究對象，通過真空感應熔煉爐，添加Cr、Zr等合金元素熔煉制得所需成分的鑄錠，經(jīng)過熱鍛、固溶、冷拔及時效處理加

3、工成所需規(guī)格的Cu-Cr-Zr合金棒。采用不同的焊接工藝參數(shù)進行Cu-Cr-Zr合金的摩擦焊接，焊后對接頭進行不同的熱處理工藝。對焊接接頭進行顯微硬度測試、導電率測試、室溫拉伸性能測試，采用金相顯微鏡、掃描電鏡進行微觀組織、斷口形貌分析，并采用X射線衍射儀分析合金的物相組成以及深冷處理前后合金主要晶面的衍射峰特征值的變化情況。
　　研究結(jié)果表明：對接頭質(zhì)量影響最大的因素是一級摩擦時間，其次是頂鍛壓力，最后是二級摩擦壓力，通過正交試

4、驗分析得出的最佳焊接工藝參數(shù)為：轉(zhuǎn)速1470r/min，一級摩擦時間8s，一級摩擦壓力1MPa，二級位移2 mm，二級摩擦壓力2MPa，頂鍛時間5s，頂鍛壓力5.2MPa；Cu-Cr-Zr合金在最佳工藝參數(shù)下經(jīng)連續(xù)驅(qū)動摩擦焊接，接頭性能相對于母材有所下降，接頭抗拉強度由母材的410MPa下降到280MPa，焊縫區(qū)的硬度由163HV降為93.27HV，接頭發(fā)生軟化的主要原因包括兩方面，一方面是因為接頭的組織形貌發(fā)生變化使其位錯密度下降，另

5、一方面是由于合金強化相粒子的固溶造成的；接頭的導電率也由79.31％IACS下降到58.61%IACS，降低的原因主要是強化相粒子的溶解。
　　對接頭進行不同時效溫度不同時效時間的熱處理試驗后，研究發(fā)現(xiàn)，Cu-Cr-Zr合金接頭的最佳焊后時效熱處理工藝為：460℃時效3h，空冷，接頭性能整體提升，硬度提高到153.01HV，導電率為77.41%IACS，抗拉強度上升到373MPa；再對460℃×3h時效后的接頭進行4h深冷處理，其