微量Te对Cu-Cr-Zr合金组织及性能的影响

采用SEM、EDS等微观表征以及显微硬度和导电性能检测手段,研究了Te含量对Cu-Cr-Zr-Te合金铸态组织及性能的影响。结果表明:随着Te含量的增加,铸态Cu-Cr-Zr-Te合金的硬度呈逐渐升高的的趋势,但导电性能基本趋于稳定状态,热锻处理后合金的硬度和导电率都有所上升。铸态Cu-Cr-Zr-Te合金中低含量Te与Zr结合力较强易形成CuZrTe化合物,提升Te含量倾向于形成CuCrTe化合物;合金经900℃/4h的保温、热锻处理后,CuCrTe化合物分解为富Te相和富Cr相造成基体中Te元素的贫化,导致元素Te与元素Cr的相对比例减小而形成CuZrTe化合物。

预时效工艺对Cu-Cr-Zr合金力学性能和电学性能的影响

高强高导铜合金经过塑性加工后通常具有高强度,但会严重损失塑性。因此,需要开发新工艺,从而不断提升铜合金的力学性能和电学性能。对固溶态Cu-0.7Cr-0.19Zr合金进行冷轧处理(样品SR),分别采用低温预时效、高温单级时效、低温预时效结合高温时效3种不同的处理工艺制备样品,样品分别命名为SRP, SRA和SRPA。对4种样品的微观组织、强度、塑性和导电率进行了测试。结果表明,时效处理并未造成明显再结晶,保留了超细晶结构及高密度位错。与样品SR相比,单级时效与双级时效均可促成力学与电学性能的综合提升,而双级时效比单级时效更加有效。对样品的强度、塑性和导电率的影响进行了分析。

不同固溶处理对Cu-Cr系合金组织和性能的影响

热处理工艺调控是提升Cu-Cr系合金性能的有效方法。Cu-Cr系合金的固溶工艺大多选择温度较低的Cu-Cr两相区进行,导致Cr相固溶程度不完全,抑制后续析出强化效果。本研究提出采用高温单相区固溶工艺改善析出强化效果,主要研究不同固溶工艺(Cu-Cr两相区(950℃,4 h)和Cu单相区(1050℃,6h))对Cu-Cr系合金组织和性能的影响。采用电子探针(EPMA)对两种固溶工艺后的元素分布进行表征,并对峰值时效态合金的微观结构采用XRD和TEM进行表征分析。结果表明:与两相区固溶相比,单相区固溶后铸态Cr相充分固溶,时效过程中更多纳米Cr相弥散析出;合金力学性能相比两相区固溶后峰值时效态有较大提升,其中屈服强度提升29.3%,抗拉强度提升25.6%,而导电率并未明显下降。强度理论计算结果表明,析出强化所贡献的屈服强度增量为323.4 MPa,贡献56.9%,析出强化是本研究中最主要的强化机制。

离心铸造Cu-Cr-Zr-Mg合金中纳米铬相形成过程的研究

利用真空熔炼+离心铸造技术制备出了凝固组织中含大量2.5~5 nm颗粒状和间距为0.6~1.2 nm条纹状的单质铬相的Cu-0.43Cr-0.22Zr-0.092Mg(wt%)合金。针对纳米级单质铬相形成原因不清楚的问题,借助SEM、XRD、TEM和HRTEM(高分辨率透射电镜)对合金的铸态显微组织进行观察分析,计算了铬相临界晶核半径,研究了单质铬相形核与生长过程。结果表明,Cu-0.43Cr-0.22Zr-0.092Mg(wt%)合金熔体在离心力作用下首先产生铬的偏聚,为铬相形核创造了条件。铬相形核后,在离心力作用下,铬相晶核向贫铬区域移动过程中略有长大,进入贫铬区域后长大基本停止,最后得到几个纳米尺寸的单质铬相。

微合金化Cu-Cr-Zr合金时效析出动力学研究

目的为制定更加合理的时效工艺和制备高性能Cu-Cr-Zr合金,探究微合金化元素Ni、Si的添加对Cu-Cr-Zr合金时效析出动力学的影响。方法在Cu-Cr-Zr合金的基础上设计制备了Cu-Cr-Zr-Ni-Si合金,通过电导率仪测量2种合金在相同形变热处理工艺下电学性能的变化并结合微观组织观察,根据合金电导率与新相转变率的关系对合金的时效析出动力学过程进行研究,绘制等温析出动力学S曲线。结果在实验设置的时效温度下,2种合金的电导率都随着时效时间的延长而升高,且时效初期电导率提升迅速,后期平缓。由拟合得到的析出动力学方程可知,2种合金的等温析出动力学S曲线较为接近。当时效温度为400℃和450℃时,Cu-Cr-Zr-Ni-Si合金的析出动力学曲线高于Cu-Cr-Zr合金的析出动力学曲线。结论在400~500℃下进行时效时,Cu-Cr-Zr合金时效析出动力学过程随温度的升高而加快。当时效温度为400℃和450℃时,微量Ni、Si元素的加入加快了Cu-Cr-Zr合金的时效析出动力学过程。

Cu-Cr-Zr-Nb合金组织及耐磨性研究

借助Nb元素在Cu-Cr-Zr合金中的作用,通过真空感应熔炼结合两步轧制-时效工艺制备Cu-Cr-Zr-Nb合金,并对其组织及耐磨性进行了研究。结果表明:经过两步轧制-时效工艺的合金中存在着大量的位错、纳米析出相和纳米变形孪晶,使合金的强度显著提升。通过Nb元素合金化,在合金中引入了均匀分布的Cr_(2)Nb微米颗粒,同时在合金中存在微米和纳米尺度Cr颗粒,利用微米和纳米颗粒的协同强化使合金的性能提升。针对其耐磨性,铸态合金的摩擦系数在0.6以上,体积磨损量随实验载荷的增加而增加。经过轧制-时效工艺,由于合金强度和硬度的提升,其摩擦系数下降至0.6以下,体积磨损量稳定在0.2 mm^(3)以下,磨损机制主要以粘着磨损和疲劳磨损为主。

Cu-Cr-Co-Ti合金微观组织和高温性能研究

采用真空感应熔炼结合两步低温轧制-时效处理(CRA)工艺制备了Cu-Cr-Co-Ti合金,分析了峰时效样品的室温性能和高温性能。通过电子背散射衍射(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)观察了Cu-Cr-Co-Ti样品的微观组织。结果表明:两步低温轧制-时效处理能够在铜基体中引入高密度的变形孪晶片层、位错和纳米析出相,有效提升了Cu-Cr-Co-Ti合金的室温强度和导电率。具有面心立方结构的纳米Cr析出相均匀弥散地分布在铜基体内,和基体具有立方-立方位向关系。Co和Ti元素能够聚集在纳米Cr析出相表面上,阻碍了析出相在时效处理和高温变形过程的粗化和长大现象。在经过300℃高温拉伸测试后,纳米Cr析出相仍稳定地阻碍了晶界运动,显著提升了Cu-Cr系合金的高温性能。经过500℃时效处理2 h后,峰时效CRA样品的室温抗拉强度为571 MPa、导电率为73.9%IACS(国际退火铜标准)。高密度孪晶片层具有优异的热稳定性,将铜合金在300℃和400℃下的高温强度分别提升至481 MPa和379 MPa。

不同Ti含量Cu-Cr-Ti合金的析出动力学

采用真空熔炼方法制备了Cu-0.42Cr、Cu-0.50Cr-0.06Ti和Cu-0.52Cr-0.40Ti合金,并对合金进行了“热轧—固溶—时效”处理。研究了在450、550和650℃下时效不同时间对不同Ti含量的Cu-Cr-Ti合金导电率的影响,并分析了合金在时效过程中析出相的析出动力学。结果表明:Cu-0.42Cr合金导电率在时效2 h后趋于平稳,加入Ti元素后,合金则在时效8 h后导电率趋于平稳,表明析出相在此时已完全析出;Ti元素对合金导电率的影响较大,在450℃时效8 h后,Cu-0.42Cr合金的导电率为97%IACS,而Cu-0.50Cr-0.06Ti和Cu-0.52Cr-0.40Ti合金分别为80.2%IACS和34.1%IACS。根据马基申-富列明格规律和Avrami经验方程计算得到Cu-0.42Cr、Cu-0.50Cr-0.06Ti和Cu-0.52Cr-0.40Ti合金在不同时效温度的析出动力学方程和导电率方程,并通过透射电镜(TEM)统计在完全析出时的析出相体积分数,与通过析出动力学方程计算出的析出相体积分数进行了对比,计算值与统计值相符合。

时效对冷轧态Cu-Cr-(Sc)合金组织和性能的影响

对冷轧态Cu-Cr和Cu-Cr-Sc合金进行时效处理,使用透射电镜、扫描电镜、光学显微镜、显微硬度计和涡流金属导电仪等研究了不同时效温度和时间对合金显微硬度、抗拉强度和导电率的影响。结果表明:480℃时效1 h后,Cu-Cr-Sc合金的综合性能较佳,其显微硬度达到161 HV0.1,导电率达到81.9%IACS,抗拉强度达到491 MPa;相较于480℃时效1 h的Cu-Cr合金,显微硬度提升了24.8%,抗拉强度提升了35.3%,导电率下降了12.9%,表明添加Sc可以显著提升Cu-Cr合金的力学性能,但是会略微降低导电率。微观组织分析表明Cu-Cr-Sc合金峰值时效后析出了Cr相,主要形貌为咖啡豆状和球状,析出相均为面心立方结构,与基体保持良好的共格关系。

上引连铸-连续挤压Cu-Cr-Zr合金的组织与性能

采用光学显微镜(OM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM),观察了非真空上引连铸-连续挤压制备的大卷重Cu-Cr-Zr合金线杆的铸态、连续挤压态、固溶态和时效态的组织结构;通过力学、物理性能测试研究了各状态合金的性能变化规律。结果表明:上引连铸Cu-Cr-Zr合金线杆铸态为粗大柱状晶,存在CrSi2一次颗粒相;连续挤压后铸态柱状晶粒内部产生强烈的剪切变形,在TEM像中可观察到明显的位错塞积和缠结;连续挤压态合金线杆适宜的固溶处理温度范围为920~960℃,在大于980℃的固溶态组织中观察到孔洞缺陷;在正常固溶态组织中观察到粗大的Cr3Si颗粒相和纳米级含Zr的富Cr颗粒相,经选区电子衍射谱标定为Cr2Zr相;连续挤压线杆经(920℃,1 h)固溶+(60%的冷拉变形+时效+60%冷拉变形)后仍具有较好的综合性能,其抗拉强度为576 MPa,导电率为82%IACS。

Cu-Cr-Sn-Zn-Si-Y合金显微组织及性能研究

用SEM、EDS、TEM等检测手段,研究了Cu-0.59Cr-0.23Sn-0.15Zn-0.02Si-0.02Y合金在形变热处理过程中的组织演变和性能变化规律。结果表明:合金铸态组织中粗大的第二相主要为富Cr相,合金化元素Sn、Zn、Si、Y以弥散形式分布于基体中,经热轧、固溶、冷轧、时效、冷轧、退火处理后,合金内部位错塞积更严重,且部分区域的位错具有一定的方向性。纳米级明暗相间的莫尔条纹为bcc-Cr相,与Cu基体的取向为N-W关系,孪晶配合位错与纳米相的缠结强化作用,使合金的硬度和导电率分别为170.9HV_(0.2)、73.49%IACS,抗拉强度和断后伸长率分别为568 MPa和11%。

机械合金化与热等静压制备Cu-Cr-Mo合金

通过机械混合和机械合金化工艺制备Cu-9.3Cr-9.3Mo(质量分数)粉末,并利用热等静压压制Cu-Cr-Mo合金。采用X射线衍射和激光粒度分析等方法表征了粉末物相、组织分布和粒度;通过对相对密度、硬度、电导率等性能检测和微观组织观察分析了合金性能。结果表明,机械合金化过程可诱导Cu-Cr-Mo过饱和固溶体形成,合金的晶格畸变程度提高,晶粒尺寸和粉末颗粒尺寸减小,制备的合金块材硬度高,相对密度和电导率理想,综合性能优异。

Cu-Cr合金化制备高强耐腐蚀钢筋的研究

通过控制化学成分(包括Cu和Cr含量),采用转炉冶炼、LF精炼、Cu-Cr合金化、RH精炼、连铸和轧制不同工艺参数,制备了6个钢筋试样,并对其进行了力学性能和耐腐蚀性能检测。结果表明,通过Cu-Cr合金化制备的试样屈服强度均高于600 MPa,抗拉强度均高于700 MPa,5 d周期试样的平均腐蚀速率低于4.0 g/(m^(2)·h),平均腐蚀深度低于35.0μm,试样的综合指标明显优于未合金化的。

旋转磁场调控优化Cu-Cr-Zr-Si合金组织和性能

凝固过程是金属材料制备的核心环节,该过程决定了金属的铸态组织及性能。本文以Cu-Cr-Zr-Si合金为研究对象,对其施加旋转磁场,研究了真空下不同磁场电流对Cu-Cr-Zr-Si合金的凝固组织和性能的影响。组织结果表明,随磁场电流增大,晶粒尺寸减小。当磁场电流从40 A增加至120 A,基体的晶粒尺寸从270μm细化至58μm。此外,还观察到晶粒形貌逐渐从柱状晶转变为等轴晶,随磁场电流增大,等轴晶区域占比逐渐增加。性能分析表明:相比于未加磁场的合金,在磁场电流I=40, 80和120 A条件下,合金抗拉强度分别提高了6.1%,7.3%和19.2%;屈服强度提高了6.1%, 10.%和19.4%;伸长率则分别提高17.4%, 26.1%和60.9%。强度和塑性的提高主要归因于晶粒细化和等轴晶粒占比的提高。合金电导率在很大程度上不受旋转磁场的影响。在凝固过程中施加旋转磁场被认为是调控微观组织实现性能提高并可规模化生产的关键技术。

热处理对Cu-Cr(-Zr)合金力学性能和导电性能的影响

制备了Cu Cr和Cu Cr Zr二种合金板材 ,研究了不同热处理工艺对合金的显微组织、力学性能和导电性能的影响。结果表明 ,在本实验条件下 ,Cu 0 .5Cr合金经 960℃ ,1h固溶和 450℃ ,2 0h时效后 ,抗拉强度为363MPa,屈服强度为 2 74MPa ,延伸率为 2 2 % ,电导率达 81 %IACS ;添加微量Zr到Cu 0 .5Cr合金中 ,在不降低合金延伸率情况下 ,合金强度可提高 50MPa,但电导率降低约 1 0 %IACS。

时效工艺对Cu-Cr-Zr合金带材性能和析出动力学的影响

通过固溶−冷轧−时效工艺制备Cu−1.0Cr−0.1Zr合金带材,研究时效工艺对合金导电率、力学性能和微观结构的影响,并进行析出动力学分析。结果表明,Cu−1.0Cr−0.1Zr合金在430℃时效180 min后获得最佳综合性能,导电率为85.86%IACS,硬度为HV 176.54,抗拉强度为552 MPa。对于在430℃时效的样品,当时效时间从30 min增加到180 min时,细小的fcc-Cr和Cu8Zr3析出相的尺寸从~5 nm长大到~8 nm,且析出相与铜基体的关系由共格转变为半共格。同时,还观察到bcc-Cr相的棒状和球状粗大颗粒(≥300 nm)。此外,建立合金在不同时效温度下的析出动力学方程,绘制等温转变TTT曲线,通过计算获得合金的析出激活能为65 kJ/mol。

上引连铸Cu-Cr-Ag合金工艺参数和组织性能的研究

本文研究了上引连铸Cu-Cr-Ag合金工艺参数和组织性能,上引连铸Cu-Cr-Ag合金的工艺参数是:温度:1200℃~1300℃,节距2mm~5mm,上引速度为400mm/min~500mm/min,合金的铸态组织主要以尺寸300~700μm的晶粒为主,没有发现粗大的初生Cr相,合金铸态的性能:抗拉强度为175MPa,屈服强度79MPa,延伸率48%,导电率55%IACS。

Ti和Ag元素添加对Cu-Cr系合金微观组织及力/电性能影响研究

以Cu-0.5Cr和Cu-0.5Cr-0.1Ti-0.1Ag合金为实验材料,研究同时添加Ti和Ag元素对Cu-Cr系合金微观组织及力/电性能的影响。结果表明,Cu-0.5Cr和Cu-0.5Cr-0.1Ti-0.1Ag两种合金在450℃×1 h退火时达到峰时效状态,且Ti和Ag元素的加入显著提高了Cu-Cr系合金的硬度,但导电性能有所降低。同时研究了两种合金的高温抗软化行为,发现软化过程伴随着晶粒回复和再结晶,Ti和Ag元素的添加提高了Cu-Cr系合金的再结晶活化能,延缓了软化过程中合金的再结晶过程,使得Cu-0.5Cr-0.1Ti-0.1Ag合金的抗软化温度比Cu-0.5Cr合金提高约25°C。

快速凝固高强度高导电Cu-Cr合金的组织和性能

采用单辊快速凝固方法获得了Ｃｕ－０．８Ｃｒ微晶合金，对淬态及时效处理后合金的 导电性及显微硬度进行了系统研究。研究结果表明：快速凝固Ｃｕ－０．８Ｃｒ合金经适当的时效 处理，可以在保持高导电率的前提下，大幅度提高合金的硬度。在５００℃时效３０ｍｉｎ，导电率 为８２％ ＩＡＣＳ，显微硬度为HＶ１８５。

形变Cu-Cr原位复合材料中纤维相的热稳定性

研究不同温度时大变形Cu-15Cr-0.1Zr原位复合材料中Cr纤维的热稳定性,采用扫描电镜和透射电镜观察Cr纤维形态变化,测定Cr纤维的断开直径,并进行数值模拟。并根据模界面分裂模型计算了550～900℃时Cr在Cu/Cr界面的界面扩散系数。结果表明:高温条件下纤维的形态由片状到球体化断裂,其过程为,Cr纤维逐步形成空洞、纵向开裂、断开和球化;高温条件下纤维断裂受界面扩散控制。