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。

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-0.77Cr-0.078Zr-0.13Ag合金的微观组织及性能研究

采用扫描电镜、能谱分析、透射电镜微观检测以及力学、电学性能检测手段,研究了Cu-0.77Cr-0.078Zr-0.13Ag合金的微观组织演变及性能变化规律。结果表明,Cu-0.77Cr-0.078Zr-0.13Ag合金经热锻、时效、冷轧处理后合金的抗拉强度、导电率、伸长率分别为640 MPa、80.8%IACS、8%。铸态组织中存在尺寸较大的水滴状富Cr相和较小尺寸的颗粒状富Cr相,经热锻处理后富Cr相尺寸有所减小,以颗粒状和长条状分布,冷轧处理后晶粒沿轧制方向呈层状均匀分布,厚度300~500 nm,而富Cr相主要以颗粒状分布于晶粒内部和晶界处,其中晶界处分布较为密集,尺寸在300 nm以下。此外,Zr、Ag元素始终呈弥散分布于合金中,合金冷轧处理后基体中存在大量的位错缠结,纳米Cr相的晶体结构为fcc和bcc。

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。

Al-9.0Zn-2.06Mg-2.12Cu-0.13Zr合金挤压工艺研究

通过对最新研发的高合金化Al-9. 0Zn-2. 06Mg-2. 12Cu-0. 13Zr合金均匀化退火后铸锭样品,进行不同温度和应变速率的热压缩试验,并结合组织分析,确定出新型合金的最佳变形温度和变形速率,进而通过在工业化条件下对挤压工艺进行验证,制定出新型合金合理的挤压工艺参数。挤压温度420℃±10℃,挤压速度0. 2 mm/s±0. 05 mm/s。

Al-9.0Zn-2.06Mg-2.12Cu-0.13Zr合金固溶工艺试验研究

超强高韧耐蚀铝合金是航空航天铝合金挤压材的发展方向。为此,进行了更高合金成分配比的Al-9. 0Zn-2. 06Mg-2. 12Cu-0. 13Zr合金挤压材的研制。为了获得更好的固溶效果,对Al-9. 0Zn-2. 06Mg-2. 12Cu-0. 13Zr合金进行单级固溶、双级固溶工艺对比试验,结合DSC曲线分析和组织观察,确定本试验合金宜采用的固溶工艺为450℃2 h+470℃4 h。

Al-9.0Zn-2.06Mg-2.12Cu-0.13Zr合金铸锭均匀化退火制度研究

对新研发的高合金化Al-9.0Zn-2.06Mg-2.12Cu-0.13Zr合金铸态样品进行不同工艺的均匀化退火试验,结合DSC曲线分析和组织观察,确定该合金适宜的均匀化退火制度。结果表明,试验铝合金适合采用双级均匀化退火处理,制度为430℃12 h+470℃60 h。

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。

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.

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。

稀土La对Cu-1Cr-0.1Zr合金铸态组织的影响

采用真空感应熔炼得到Cu-1Cr-0.1Zr和Cu-1Cr-0.1Zr-0.14La合金铸锭,采用金相显微镜(OM)观察了铸锭宏观晶粒组织,采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)观察了基体中第二相种类、形貌及分布规律。结果表明:稀土La的添加能够明显细化铸锭晶粒,促进柱状晶向等轴晶转变。稀土La添加后,网状共晶Cr相变细、变短,分布更弥散,枝晶偏析现象减轻。TEM表征发现,铸态Cu-1Cr-0.1Zr合金中Zr在Cr相表面富集,抑制Cr相长大,使Cr相呈现球状;而添加稀土La后,La与Zr结合,减弱了Zr对Cr相的球化作用,导致Cr相沿着基体<110>方向生长并呈现棒状。铸态Cu-1Cr-0.1Zr合金主要存在的相有:网状共晶Cr相、球形Cr相和椭球形Cu_(5)Zr相,而添加0.14%La后,主要存在网状共晶Cr相,棒状Cr相、棒状CuCrZr三元相和富La相。