沉淀強(qiáng)化銅合金的制備及組織性能研究.pdf

1、本文包括兩部分內(nèi)容，主要工作為沉淀強(qiáng)化Cu-Cr-Y和Cu-Cr-Zr-Y合金材料的研究，其次初步探討了在Fe-Cr-C耐磨堆焊藥芯焊絲中添加B、W來(lái)取代價(jià)格昂貴的Nb元素。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 1、分析了熱處理對(duì)Cu-0.8Cr-0.05Y合金組織及性能的影響，Cu-0.8Cr-0.05Y合金經(jīng)固溶處理+70％變形+480℃時(shí)效24min后，可獲得良好的綜合性能，顯微硬度達(dá)到143HV，導(dǎo)電率達(dá)到84％IACS；時(shí)效后的C

2、u-0.8Cr-0.05Y合金存在兩種強(qiáng)化Cr顆粒，一種是在鑄造及固溶過(guò)程當(dāng)中由于沒(méi)有溶解到銅基體中的粗大Cr顆粒，另一種是時(shí)效過(guò)程中過(guò)飽和固溶體分解析出的細(xì)小彌散顆粒，這部分細(xì)小彌散的顆粒對(duì)合金的強(qiáng)化效果起主要作用。
　　 2、比較了Cu-0.8Cr-0.05Y兩種熱處理工藝(鑄態(tài)+冷變形+時(shí)效和鑄態(tài)+固溶+冷變形+時(shí)效)對(duì)合金析出特性的差異，由于鑄態(tài)冷卻過(guò)程中就有一部分細(xì)小彌散Cr顆粒析出，強(qiáng)化了合金的硬度，固溶處理后析出的

3、細(xì)小彌散Cr顆粒發(fā)生聚集長(zhǎng)大并粗化，削弱了固溶后合金的硬度；采用鑄態(tài)+冷變形+時(shí)效工藝使得時(shí)效過(guò)程中再結(jié)晶的延遲進(jìn)一步強(qiáng)化了合金硬度；合金經(jīng)鑄態(tài)+90％冷變形+480℃時(shí)效30min處理，顯微硬度達(dá)到150HV，導(dǎo)電率達(dá)到90％IACS，綜合性能匹配良好。
　　 3、分析了添加微量Zr元素的Cu-0.8Cr-0.05Y合金冷變形時(shí)效行為，結(jié)果表明：Zr元素的加入，可以顯著改善合金的顯微組織，細(xì)化晶界，減少Cu-Cr共晶組織的產(chǎn)生

4、，提高合金的顯微硬度并提高合金的熱穩(wěn)定性，Zr的加入可以抑制合金時(shí)效過(guò)程中Cr析出相的長(zhǎng)大，細(xì)化Cr析出相，從而提高合金強(qiáng)度，并且能有效的保持強(qiáng)度。但添加量不宜過(guò)多，過(guò)多反而導(dǎo)致顯微組織惡化及性能的降低，其加入量在0.2wt％，經(jīng)90％冷軋變形，在480℃時(shí)效，60min后，顯微硬度可達(dá)198HV，導(dǎo)電率達(dá)81％IACS，可以獲得優(yōu)良的硬度與導(dǎo)電率匹配的綜合性能。
　　 4、對(duì)Cu-1.0Cr-0.3Zr-0.05Y合金鑄態(tài)顯微

5、組織進(jìn)行研究：Cu-1.0Cr-0.3Zr-0.05Y鑄態(tài)組織為典型的枝晶，晶內(nèi)主要由Cu基體和初生的純Cr相組成；稀土Y主要偏聚于晶界形成Y2O3、Cu5Y，Y2O3的存在能夠?qū)︺~基體起到凈化作用；在晶界處主要組成物為Y2O3、Cu2O、Cu5Y、Cu5Zr及復(fù)雜的多元共晶組織。對(duì)Cu-1.0Cr-0.05Y和Cu-1.0Cr-0.3Zr-0.05Y合金采用不同熱處理工藝，研究了熱處理工藝后合金的時(shí)效行為。
　　 5、在上述研

6、究結(jié)果的基礎(chǔ)上，選擇綜合性能較好的Cu-Cr系合金進(jìn)行抗氧化性能研究。合金在1atmO2中連續(xù)氧化，氧化膜結(jié)構(gòu)主要由最外層暗灰色的CuO、內(nèi)層亮灰色的Cu2O組成及靠近基體一側(cè)多孔網(wǎng)狀區(qū)處的白色亮點(diǎn)富含Cr、Zr的氧化物組成。并在Cu-0.8Cr-0.2Zr-0.15Y合金中出現(xiàn)了柱狀晶的Cu2O層。
　　 添加Zr元素以后，時(shí)效過(guò)程中析出細(xì)小彌散的Cr、Zr第二相，且在400℃氧化會(huì)繼續(xù)析出，有利于形成均勻的Cr2O3膜；Zr

7、的添加在合金550℃抗氧化性并不明顯，甚至比純Cu的還要差，是由于氧化溫度高于時(shí)效溫度，時(shí)效過(guò)程中析出的彌散細(xì)小Cr、Zr等顆粒進(jìn)一步聚集長(zhǎng)大，使得形成連續(xù)選擇性Cr2O3氧化膜能力相對(duì)較差，降低了合金的抗氧化性。晶粒細(xì)化影響了合金的抗氧化性，合金中Cr、Z晗量較低不容易形成保護(hù)性的氧化膜，因而在550℃下產(chǎn)生的再結(jié)晶晶粒細(xì)化反而會(huì)對(duì)氧化起到加速作用；對(duì)純銅而言550℃下的再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大，使得晶界擴(kuò)散占比減小，反而降低了銅的氧化速率，這

8、兩方面的相互作用形成Cr、Zr的添加在合金550℃抗氧化性并不明顯。
　　 此外，本文還進(jìn)行了以下研究工作：
　　 我們?yōu)槿〈鶤2＃試樣中價(jià)格昂貴的金屬Nb，降低產(chǎn)生成本，制備出復(fù)合添加W、B的堆焊藥芯焊絲，并對(duì)其顯微組織及性能進(jìn)行了分析。
　　 1、首先比較市售兩種耐磨堆焊藥芯焊絲的組織及性能，含Nb的A2＃試樣性能較好主要基于以下因素：首先NbC的顯微硬度比M7C3顯微硬度高達(dá)44％，分布在M7C3周圍或鑲嵌

9、其中，起到耐磨骨架的支撐作用；其次碳含量和鈮代替一部分鉻含量的增加，合金成分偏離共晶線越遠(yuǎn)，在共晶反應(yīng)過(guò)程中，初生相占比就越多，共晶組織在凝固組織中占比例相應(yīng)的就減少，因而初生碳化物越來(lái)越多同時(shí)共晶組織相應(yīng)的就減少，也是顯微硬度增加的一個(gè)重要原因。此外Nb對(duì)共晶碳化物及基體的細(xì)化對(duì)性能的提高有一定的貢獻(xiàn)。
　　 2、含W、B堆焊藥芯焊絲，可以增加M7C3型初生碳化物的數(shù)量，由于W、B既可以形成碳化物，又能溶于固溶體，除可以增加鎢