形變熱處理對高強(qiáng)導(dǎo)電彈性Cu-Zn-Ni-Al合金組織性能的影響
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更新時間:2015-07-22
本文制備了Cu-Zn-Ni-Al合金,采用固溶-冷變形-時效形變熱處理工藝,從力學(xué)性能、導(dǎo)電性能及顯微組織結(jié)構(gòu)方面研究形變熱處理工藝對合金的微觀組織結(jié)構(gòu)及性能的影響;探討該合金的時效析出機(jī)制,優(yōu)化熱處理工藝參數(shù),合理制定該類合金的形變熱處理工藝為改善材料性能提供實驗依據(jù),豐富該合金體系的時效析出機(jī)理。
???銅合金作為一種傳統(tǒng)材料,具有優(yōu)良的傳導(dǎo)性能、耐磨蝕性能及工藝性能,廣泛應(yīng)用于軍工和民用工業(yè),正向高強(qiáng)度、高導(dǎo)電、高彈性、耐高溫和耐腐蝕的方向發(fā)展。純銅的強(qiáng)度較低,尤其是高溫下抵抗變形能力很差,難以滿足現(xiàn)代航空材料工業(yè)的需要,如大容量、小型、高速電動機(jī)和發(fā)電機(jī)的整流子片,大型、高速渦輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)線,引線框架、觸頭開關(guān)、電焊用電極材料等領(lǐng)域。目前對高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的研究主要集中在Cu-Cr、Cu-Zr、Cu-Mg、Cu-Be、Cu-Ti和Cu-Fe系列,但這類合金各自存在成本較高、合金元素添加困難等缺點(diǎn),使其應(yīng)用受到一定的限制,因此對新型高強(qiáng)導(dǎo)電彈性銅合金研發(fā)成為必然。由于高Ni、Al含量的Cu-Ni-Al具有其他耐磨銅合金在高溫條件下不具備的優(yōu)異耐磨性能,可應(yīng)用于某些需要高溫耐磨的場合。Cu-Zn-Ni-Al四元合金因其Ni、Al含量較低時仍具有很強(qiáng)的時效特性而受到重視。本文制備了Cu-Zn-Ni-Al合金,采用固溶-冷變形-時效形變熱處理工藝,從力學(xué)性能、導(dǎo)電性能及顯微組織結(jié)構(gòu)方面研究形變熱處理工藝對合金的微觀組織結(jié)構(gòu)及性能的影響;探討該合金的時效析出機(jī)制,優(yōu)化熱處理工藝參數(shù),合理制定該類合金的形變熱處理工藝為改善材料性能提供實驗依據(jù),豐富該合金體系的時效析出機(jī)理。
以工業(yè)純級的銅、鋅、鎳和鋁為原料,經(jīng)中頻感應(yīng)熔煉鑄造,得到25mm×120mm×200mm的研究用Cu-Zn-Ni-Al合金鑄錠,合金化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)為:18Zn,6Ni,2.0Al,余為Cu。Cu-Zn-Ni-Al合金鑄錠進(jìn)行850℃保溫12h的均勻化處理后熱軋至6mm,再經(jīng)825℃保溫1h的固溶處理后水淬冷卻。對熱軋及固溶處理的合金板材進(jìn)行酸洗去除表層氧化皮,再進(jìn)行變形量為80%的冷軋變形。隨后進(jìn)行不同溫度(350、400、450和500℃)保溫不同時間的時效處理,研究時效溫度、時間對于合金析出強(qiáng)化的影響。
經(jīng)過固溶-冷變形-時效熱處理后的Cu-Zn-Ni-Al合金具有很強(qiáng)的時效強(qiáng)化效果。隨時效溫度升高和時效時間延長,γ'析出相逐漸析出、長大與粗化,合金強(qiáng)度隨之增強(qiáng)與下降,析出相粒子為具有L12型有序立方晶體結(jié)構(gòu)的γ'相。析出相粒子與α固溶基體保持共格關(guān)系,p//m,(110)p//(110)m。形變熱處理能提高Cu-Zn-Ni-Al合金的力學(xué)性能和電學(xué)性能。Cu-Zn-Ni-Al合金在825℃固溶處理1h再經(jīng)80%冷變形之后450℃時效1h,合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和伸長率分別為1065、1017MPa和2.0%;合金的相對導(dǎo)電率為38.1%IACS。