Cu-0.67Cr-0.27Zr合金时效析出动力学研究

对固溶态Cu-0. 67Cr-0. 27Zr合金进行时效处理,研究了时效温度及时效时间对合金性能的影响.研究结果表明:在460℃时效8 h,合金的电导率为71%IACS.根据Cu-0. 67Cr-0. 27Zr合金在时效过程中电导率与新相转化率之间的关系,用Avrami相变动力学方程描述Cu-0. 67Cr-0. 27Zr合金的时效过程,进而推导出该合金在不同时效温度下的相变动力学方程及电导率方程,并绘制出等温转变动力学S曲线.

固溶和时效处理后Cu-0.41Cr-0.2Zr合金的相分析

以Cu-0.41Cr-0.2Zr合金为研究对象,在真空熔铸和固溶与时效处理的工艺条件下,借助扫描电子显微镜(SEM)、能谱(EDXS)、透射电子显微镜(TEM)和选区电子衍射分析(SAED)对其进行相分析,结果表明:980℃×2 h固溶,水淬,450℃×20 h时效,空冷处理后的Cu-0.41Cr-0.2Zr合金中有三种组成相,分别为:铜基体相、富铬相和富锆相,不存在铬和锆的中间相,且相的大小呈双峰分布:粗大相的尺寸在微米数量级,细小相的尺寸在纳米数量级,均为单质铬和Cu5Zr。析出相与基体共格时,合金的抗拉强度为432 MPa,屈服强度为335 MPa,伸长率为31%,硬度为(HV0.2)131,导电率为81%IACS,部分Cr析出相与基体呈N-W的位向关系。

Cu-Cr-Zr合金时效强化机理

研究了不同时效工艺对Cu-0.7Cr-0.13Zr合金硬度、强度和导电率性能的影响,利用透射电镜分析合金时效后的微观形态和析出相。结果表明:在500℃时效30min析出相为Cu5Zr,硬度和导电率可达116.7HV和47%IACS。500℃时效6h后,硬度和导电率为140HV和76%IACS,强度达到峰值430MPa,弥散共格的析出相Cr是强度提高的重要原因,强化效应与采用共格强化机理计算的结果非常接近。合金在500℃时效8h硬度和强度仍具有135.6HV和410MPa,导电率为77%IACS,析出相仍较细小但与基体失去共格关系。

Cu-0.36Cr-0.03Zr合金的时效动力学

对Cu-0.36Cr-0.03Zr合金进行时效处理,研究时效温度和时间对合金性能和组织的影响,借助高分辨透射电镜观察时效析出相的组织形态,并研究不同温度下该合金的时效析出动力学。结果表明:经过时效处理后,析出相弥散分布,提高了合金的显微硬度和导电率,经500℃时效2 h后,合金硬度和导电率分别达到153.9 HV和84.54%IACS;通过微观分析确定在550℃时效2 h后合金中存在Cr和Cu4Zr两种析出相;通过对导电率与析出相体积分数关系的分析,确定合金在不同温度下时效的相变动力学Avrami经验方程和导电率方程,并绘制等温转变动力学曲线。

火箭发动机燃烧室用高强高导Cu-0．8Cr-0．2Zr合金的组织与性能

采用硬度、拉伸力学性能及导电率测试研究了Cu-0.8Cr-0.2Zr合金的力学性能和导电性能,采用金相显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)观察了不同处理态合金的显微组织。研究结果表明:时效热处理过程中,合金发生回复和再结晶,同时过饱和固溶体分解析出新相,析出的纳米弥散强化相,能显著提高合金的强度,同时保持良好的导电性。Cu-0.8Cr-0.2Zr合金的最佳热处理工艺为:热轧后980℃/1h固溶处理,经70%冷变形,然后再经过450℃/4h时效处理后,硬度、抗拉强度和屈服强度分别为153HB5、29MPa和489Mpa,导电率达到85.1%IACS。研究的加工工艺实现了高强高导,获得了强度和导电率的最佳匹配。

非真空熔铸Cu-Cr-Zr合金的热变形行为及加工图

利用Gleeble-1500热模拟实验机对非真空熔铸Cu-0.94Cr-0.34Zr合金进行高温热压缩变形,研究在变形温度为500～800℃、应变速率为0.01～1 s-1工作条件下该合金的流变应力行为,建立合金热变形流变应力本构方程及加工图。结果表明:流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的降低而减小;可用包含Zener-Hollomon参数的Arrhenius双曲正弦关系式描述Cu-0.94Cr-0.34Zr合金的热变形行为,建立本构方程,算出其激活能为418.35 kJ/mol。依据动态材料模型,建立热加工图,确定热变形失稳区和安全热加工区域,合金最佳热加工条件为:变形温度775℃,应变速率0.01 s-1。

非真空熔铸Cu-Cr-Zr合金的热变形行为

采用Gleeble-1500热模拟实验机对Cu-0.92Cr-0.068Zr合金进行高温热压缩实验,研究该合金在变形温度为500～800℃、应变速率为0.01～1 s-1工作条件下的流变应力行为和组织演变。结果表明:变形温度和应变速率对合金的高温变形有显著影响,流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的降低而减小;流变曲线表现出动态回复和动态再结晶两种特征。可用包含Zener-Hollomon参数的Arrhenius双曲正弦函数算出Cu-0.92Cr-0.068Zr热变形激活能和高温热变形流变应力本构方程。合金形变组织受变形温度影响强烈。

直流电流时效对Cu-0.33Cr-0.06Zr合金显微硬度的影响

对Cu-0.33Cr-0.06Zr合金先固溶再冷变形,进行了450℃下不同时效时间及不同电流密度的时效试验。研究了不同电流密度对Cu-0.33Cr-0.06Zr合金时效后硬度的影响。研究结果表明:电流密度越大,合金到达硬度峰值的时间越短。合金在电流密度为400 A·cm-2下,时效0.25 h就到达峰值227HV。对比无电流下时效,大密度的直流电流在时效初期能大大提高合金的硬度,时效后期则会降低合金的硬度。

上引连铸-连续挤压技术制备Cu-Cr-Zr合金的组织与性能

采用上引连铸-连续挤压技术制备Cu-0.88Cr-0.14Zr(质量分数)合金,并对挤压后的棒材进行不同制度的时效处理。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、电子背散射技术(EBSD)等分析测试手段研究合金经不同工艺/制度处理后的组织与性能的变化。结果表明:上引连铸Cu-Cr-Zr合金棒坯在连续挤压过程中发生了剧烈的剪切变形和动态时效,晶粒明显细化,析出尺寸为15~20 nm的Cr相,与铸态相比,挤压态合金的导电率与硬度分别增加了28.6%IACS、49.6 HV。确定了挤压态合金杆材经(925℃,12 h)均匀化退火和(1000℃,1 h)固溶处理后的峰时效制度是(475℃, 3 h),此时基体中析出了平均晶粒尺寸为2.6 nm的Cr相,合金的导电率和硬度分别可达73%IACS、155 HV。

冷变形时效处理对Cu-1.0Cr-0.1Zr合金性能的影响

采用拉伸力学性能测试、电导率测量、金相和透射电镜技术研究不同冷变形下时效处理对Cu-1.0Cr-0.1Zr合金性能的影响。结果表明:Cu-1.0Cr-0.1Zr合金在950℃×1h固溶处理+70%冷变形+450℃×4h时效后的综合性能最好,其抗拉强度、屈服强度、伸长率和电导率分别达到543.3MPa、522.3MPa、12.68%和82.6%IACS。从合金的显微组织观察分析中可知,在此工艺下合金基体中析出了大量弥散细小的强化相,第二相析出是合金强化的重要原因。

Ca含量对Cu-0.8Cr-0.1Zr合金组织和拉伸性能的影响

通过微观组织观察及力学性能测试,研究了Ca含量（0～1.8%）对Cu-0.8Cr-0.1Zr显微组织和力学性能的影响,分析了变形温度200℃条件下合金的高温热变形行为。结果表明：当Ca元素含量增加后,晶粒变形程度也随之增大,并导致更加明显的晶粒细化现象。当Ca含量增大至1.2%时,合金在高温下开始出现动态再结晶过程。合金固溶处理后的析出相析出的不太稳定,导致Cu5Zr相不断粗化。Cu-Cr-Zr合金的抗拉强度和伸长率随Ca含量的增加先升高后降低,加入1.2%Ca的合金力学性能最优。随着Ca元素的逐步添加,合金断口处的断裂痕迹逐步增加,表现出大量的韧窝以及连接韧窝的撕裂棱。

形变热处理对Cu-0.3Cr-0.1Zr合金上引铸坯杆组织性能的影响

通过对上引Cu-0.3Cr-0.1Zr合金固溶处理、冷拉拔以及随后的时效处理工艺,研究冷拉拔形变及时效对材料力学性能、导电性能及组织结构的影响规律.结果表明:时效前的冷拉拔变形能提高Cu-0.3Cr-0.1Zr合金的力学性能而保持较高的导电率;合金在950℃固溶1 h后,经70%冷拉拔变形和500℃时效4 h,合金抗拉强度和导电率分别达到了418 MPa和87%IACS;时效合金组织转变过程为:固溶体G.P.区Cr+Cu4Zr,析出相对位错运动的阻碍是合金强化的重要机制.

Cu-15Cr-0.2Zr形变原位复合材料强度和导电性研究

采用冷变形＋适当的中间热处理的方法制备了Cu-15Cr-0.2Zr形变原位复合材料，并研究了微量盈对Cu-15Cr原位复合材料组织和性能的影响。结果表明：合金经室温变形后，Cr相转变成弯曲薄片状纤维，随着应变量的增加，合金的强度提高，导电率下降。添加0．2％盈使Cu-15Cr-0.2Zr在η=6．438时的极限抗拉强度达到1072MPa，导电率达到68.7％IACS。

中间退火对形变Cu-15Cr-0．1Zr原位复合材料性能的影响

研究了采用中间退火+冷变形方法制备的形变Cu-15Cr-0.1Zr原位复合材料的显微组织、抗拉强度和导电性。结果表明:铸态铬相为树枝晶,在变形过程中,铬相变成纤维状,横截面上呈卷曲薄片状;适当的中间退火能显著提高其电导率;配合适当的中间退火与冷变形,可以得到较好的强度和导电性;应变量为6.43时,采用450℃+400℃或500℃+500℃两次中间退火工艺制备的形变Cu-15Cr-0.1Zr原位复合材料具有较好的性能组合,分别为1227 MPa/64.8%IACS、1025 MPa/71.5%IACS。

固溶时效对上引拉铸Cu-0.3Cr-0.1Zr组织性能的影响

用扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、涡流电导率测量仪和万能试验机测试分别测量了上引拉铸拉拔之后固溶时效对Cu-0.3Cr-0.1Zr合金抗拉强度及导电率性能的影响,用金相显微镜观察不同拉拔加工率下固溶的显微组织。并探讨了合金的强化机理。结果表明:上引Cu-0.3Cr-0.1Zr合金铸锭经过75%冷拉变形后固溶其组织和力学性能较好。经时效后的固溶态Cu-0.3Cr-0.1Zr合金,抗拉强度和导电率迅速上升,随着时间时间的延长,其抗拉强度达到峰值后呈下降趋势,而导电率则继续上升。Cu-Cr-Zr合金析出强化的重要因素是大量共格弥散的析出相,以共格强化机制估算的强化值423MPa与实验结果 415MPa相近。

时效对Cu-0.33Cr-0.06Zr合金导电率与硬度的影响

采用固溶+冷变形(80%变形量)+不同温度和时间时效工艺制备了Cu-0.33Cr-0.06Zr合金试样,研究了时效温度以及时效时间对Cu-0.33Cr-0.06Zr合金导电率和显微硬度的影响。结果表明,固溶后冷变形加时效可以显著提高合金的导电率和显微硬度。固溶和冷变形后Cu-0.33Cr-0.06Zr合金的合理时效工艺为450℃下时效2 h,经此工艺处理后合金的导电率可以达到83%IACS,硬度达到195 HV0.1。

非真空熔铸Cu-Cr-Zr合金的热变形行为及动态再结晶临界条件

采用Gleeble．1500热模拟实验机对Cu．0．90Cr-0．18Zr合金在变形温度为500～800℃、应变速率为0.01～1s^-1变形条件下进行热压缩变形实验，研究该合金的流变应力、本构方程及动态再结晶临界条件。结果表明：Cu．Cr—Zr合金的流变应力随变形温度的升高而降低，随应变速率的增加而增加，计算出该合金的热变形激活能为584．87kJ／mol并构建本构方程；利用合金的1nθ-ε曲线出现拐点及-（1θ-ε）／ε·ε曲线出现最小值来研究动态再结晶临界应变。

直流电流下Cu-0.33Cr-0.06Zr合金的时效动力学

采用固溶+冷变形+不同直流电流密度下的时效工艺制备了Cu-0.33Cr-0.06Zr(质量分数,下同)合金试样。进行了450℃下不同时效时间及不同电流密度的时效试验,研究了时效电流和时间对Cu-0.33Cr-0.06Zr合金导电性能的影响。采用透射电镜观察时效合金组织,探讨了不同电流密度下该合金的时效析出动力学。结果表明,合金在电流密度为100A/cm2的直流电流下时效,电导率低于无电流时效的;而在电流密度为400 A/cm2下时效2h后,电导率达到49.5MS/m,接近峰值,高于无电流时效的。时效后合金析出Cr相和CuZr3相,通过对电导率与析出相体积分数关系的分析,确定了合金在不同温度下时效的相变动力学Avrami经验方程和电导率方程。

Cu-0.69Cr-0.13Zr合金时效过程中微结构演化的小角X射线散射法研究

利用小角X射线散射（SAXS）技术测试了Cu-0.69Cr-0.13Zr合金在470℃时效时析出相粒径的统计尺寸。结果表明,Cu-0.69Cr-0.13Zr合金在470℃下时效,保温时间在1.5~3.5 h间,析出相的粒径统计大小为4.97~5.48 nm,析出相粒子随时效时间延长无明显长大;使用透射电子显微镜观测时效温度为470℃时效时间为2.5 h样品中析出相粒子,测量粒径约为5 nm。2种测量方法所获得的析出相粒径尺寸无明显差异,相互吻合较好。证明小角X射线散射法测量Cu-0.69Cr-0.13Zr合金时效析出相尺寸是准确的。该方法可用于测量Cu-0.69Cr-0.13Zr合金时效析出相尺寸,比透射电镜测量方法更具有统计意义和参考价值。

工艺处理对Cu-0.8Cr-0.1Zr合金组织及性能的影响

研究了不同加工工艺及热处理工艺对Cu-0.8Cr-0.1Zr合金组织和性能的影响,通过组织和性能的对比得出了最佳的处理工艺。试验结果表明,Cu-0.8Cr-0.1Zr合金经过热挤变形后,在980℃保温40min后水冷,再经460℃时效3h,Cu-0.8Cr-0.1Zr合金的电导率和硬度(HV0.2)分别达49.01MS/m、131。