高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Cr-Zr合金時(shí)效析出相的微觀表征及性能研究.pdf

1、Cu—Cr-Zr合金具有高強(qiáng)度和良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能,應(yīng)用極為廣泛。目前的主要研究方向是在盡量維持較高電導(dǎo)率的前提下,使用合金化、熱處理及冷變形相結(jié)合的方法提高其強(qiáng)度。Cu-Cr—Zr合金是一種典型的時(shí)效析出強(qiáng)化型銅合金,時(shí)效析出的第二相顆粒使得合金的強(qiáng)度和導(dǎo)電性能大幅度提升,但由于時(shí)效析出過(guò)程較為復(fù)雜,目前對(duì)于Cu-Cr—Zr合金時(shí)效析出過(guò)程中析出相的種類(lèi)及其與基體的位向關(guān)系等未能取得一致的認(rèn)識(shí)。
　　 本文通過(guò)掃描電鏡(SE

2、M)、能譜分析儀(EDS)、透射電鏡(TEM)及高分辨電鏡(HRTEM)等微觀分析手段,對(duì)低溶質(zhì)Cu-0.38Cr-0.23Zr合金的微觀組織結(jié)構(gòu)以及析出相的種類(lèi)及其與基體的取向關(guān)系進(jìn)行表征,并利用顯微硬度計(jì)和渦流電導(dǎo)儀,檢測(cè)不同熱處理狀態(tài)下合金的力學(xué)性能和電學(xué)性能。由此總結(jié)了Cu-Cr-Zr合金的時(shí)效析出規(guī)律,為更好地確定該系列合金的熱處理工藝提供理論依據(jù)。
　　 研究表明:Cu-0.38Cr-0.23Zr合金經(jīng)950℃×1.

3、5h固溶處理后,Cr、Zr等元素固溶較為充分,時(shí)效過(guò)程中顯微硬度先隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)而迅速提高,達(dá)到峰值之后,硬度會(huì)隨時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸降低。電導(dǎo)率在時(shí)效初期得到迅速的提升,之后隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)而平穩(wěn)上升。
　　 掃描電子顯微鏡(SEM)觀察發(fā)現(xiàn)時(shí)效過(guò)程中主要存在三種形態(tài)的析出相:晶界處粗大的連續(xù)析出相、晶內(nèi)長(zhǎng)條狀析出相和晶內(nèi)顆粒狀析出相。EDS能譜分析可知晶界處的連續(xù)析出相和晶粒內(nèi)部的長(zhǎng)條狀析出相成分為CrCu2(Zr,Mg),而

4、晶粒內(nèi)部的顆粒析出相成分為單質(zhì)Cr顆粒。
　　 透射電子顯微鏡(TEM)觀察發(fā)現(xiàn),時(shí)效早期存在許多具有花瓣?duì)顟?yīng)變襯度的共格沉淀相,其零襯度線(xiàn)方向基本保持一致。共格應(yīng)變是合金早期時(shí)效強(qiáng)化的主要因素。合金峰值時(shí)效時(shí),通過(guò)高分辨透射電鏡(HRTEM)觀察發(fā)現(xiàn),除早期時(shí)效的共格析出相,還出現(xiàn)了直徑為20～40nm的圓盤(pán)狀析出相及長(zhǎng)20～40nm的長(zhǎng)條狀析出相,利用高分辨電子顯微學(xué)及波函數(shù)重構(gòu)技術(shù)確定圓狀形貌和長(zhǎng)條狀形貌為同一種圓盤(pán)狀析出

5、相沿著不同方向的投影,長(zhǎng)條形為析出相側(cè)面投影。該析出相的化學(xué)成分表達(dá)式為CuCrO2,與基體的晶體學(xué)取向關(guān)系為:[011]Cu//[010]CuCrO2,(111)Cu//(003)CuCrO2,慣習(xí)面為{111}Cu。
　　 通過(guò)TEM觀察發(fā)現(xiàn),固溶后冷變形使Cu-Cr—Zr合金產(chǎn)生大量的位錯(cuò)纏結(jié),促使第二相的形核及長(zhǎng)大,使得析出相顆粒更為細(xì)小,沿位錯(cuò)呈彌散均勻的分布。Cu—Cr-Zr合金固溶后進(jìn)行冷變形結(jié)合時(shí)效處理,可實(shí)現(xiàn)較