稀有金属 2006,(06),881-883 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2006.06.033
热处理形变对Cu-0.40Cr-0.15Zr合金性能的影响
米绪军 谢水生 李彦利
北京有色金属研究总院有色金属材料制备加工国家重点实验室,北京有色金属研究总院有色金属材料制备加工国家重点实验室,北京有色金属研究总院有色金属材料制备加工国家重点实验室,北京有色金属研究总院有色金属材料制备加工国家重点实验室 北京100088,北京100088,北京100088,北京100088
摘 要：
研究了Cu-0.40Cr-0.15Zr合金, 在950℃固溶1 h, 淬火后, 然后拉拔至3 mm, 460℃时效, 时效时间对材料的力学性能和导电性能的影响。根据试验结果, 分析了在460℃时效时, Cu-0.40Cr-0.15Zr合金的强度、延伸率、导电率的变化。结果表明在经过固溶冷加工变形后在460℃时效2 h, Cu-0.40Cr-0.15Zr合金的抗拉强度、延伸率、电导率分别达515 MPa, 22%, 81%IACS, 满足高强高导Cu-Cr-Zr合金的应用要求。
关键词：
Cu-Cr-Zr ;热处理 ;冷变形 ;抗拉强度 ;导电率 ;
中图分类号： TG113.25
收稿日期： 2006-04-17
Effect of Heat Treatment and Deform on Property of Cu-0.40Cr-0.15Zr Alloy
Abstract：
After being kept at 950 ℃ for 1 h and quenched, then drawn into 3 mm in diameter and aged at 460 ℃, the effect of the aging time on mechanical and electrical conductivity properties of the Cu-0.40Cr-0.15Zr alloy were researched.According to the experiment results, the change of tensile strength, elongation and electrical conductivity of Cu-0.40Cr-0.15Zr alloy was analysed.The results of experiment show that after solid solution at 950 ℃, cold deformation and aging, the Cu-0.40Cr-0.15Zr alloy has the comprehensive properties of tensile strength 515 MPa, elongation 22%, and electrical conductivity (81%IACS) which can meet the needs of application requirements of high strength and high conductivity of Cu-Cr-Zr alloy.
Keyword：
Cu-Cr-Zr;heat treatment;cold deformation tensile strength;electrical conductivity;
Received： 2006-04-17
铜和铜合金以其优良的导电导热性能、 抗腐蚀性、 易加工及高强度得到广泛的应用, 随着电子工业和高速列车的飞速发展, 对铜合金的强度和导电性能提出了更高的要求。 其中, Cu-Cr-Zr合金以其高强度、 高导电率及良好的耐磨性能, 已经应用在高速列车架空导线、 电阻焊电极和集成电路引线框架等领域
[1 ,2 ,3 ]
。 热处理形变是提高Cu-Cr-Zr合金强度和硬度等综合性能的有效途径
[4 ,5 ,6 ]
。
本文采用真空感应熔炼制备的Cu-0.40Cr-0.15Zr合金, 经过锻造后, 研究在950 ℃固溶1 h, 淬火后, 拉拔至3 mm, 最后在460 ℃时效, 结合固溶时效后Cu-0.40Cr-0.15Zr合金微观组织, 对材料的强度、 延伸率、 导电率等进行研究。
1 试 验
1.1 实验材料及工艺流程
Cu-0.40Cr-0.15Zr合金用真空中频感应电炉制备, 其中原材料为电解铜 (99.9%) , Cr (99.99%) 和Zr (99.9%) , 合金经过两次熔炼以确保合金的成分均匀
[7 ,8 ]
。 铸造坯料在850 ℃锻造, 机加工为Φ9 mm棒材, 经950 ℃固溶1 h, 水淬, 然后拉拔至Φ3 mm, 在电阻炉中460 ℃时效。
1.2 主要试验设备
材料的热处理在电阻炉中完成, 其中固溶时效均采用PID温控, 炉温为 (460±5) ℃。 材料的力学性能检测在SFL-50KANG AUTOGRAPH 材料试验机上完成。 首先采用双臂电桥电阻测量仪测得电阻率, 然后经过计算得到电导率。 金相试样经机械抛光, 在Fe (NO3 ) 3 酒精溶液中腐蚀, 光学金相分析在Axiovert 200 MAT显微镜上观察组织。
2 结果与讨论
2.1 热处理对Cu-0.40Cr-0.15Zr合金力学性能影响
试验结果表明 (图1) , 由于时效强化, Cu-0.40Cr-0.15Zr合金随时效时间的增加, 抗拉强度显著提高, 而延伸率下降。 当合金时效2 h, 达到时效峰值时, 抗拉强度达515 MPa, 延伸率21%。 而后, 随着时效时间的增加, 合金的抗拉强度和延伸率减小。
根据Cu-Cr和Cu-Zr合金相图
[9 ,10 ]
, Cr和Zr在Cu中的最大固溶度分别为0.65%和0.16%, Cu-Cr合金和Cu-Zr合金的共晶温度为分别为1070和980 ℃。 在950 ℃固溶可有效地增加Cr和Zr在Cu中固溶度 (图2 (a) ) , Cu-0.40Cr-0.15Zr合金固溶后经时效析出相应的增加。 由于合金中Cr和Zr的添加, 细化合金的组织, 使得Cu-0.40Cr-0.15Zr合金经过固溶形变时效后, 合金具有较高的强度。
2.2 热处理形变对Cu-0.40Cr-0.15Zr合金电导率的影响
试验结果表明 (图3) , Cu-0.40Cr-0.15Zr合金在固溶前的电导率为70%IACS, 在950 ℃固溶后, 合金的电导率下降至40%IACS, 这是由于在Cu晶格中溶入溶质原子Cr和Zr时, Cu的晶格发生扭曲畸变, 破坏了晶格势场的周期性,
图1 Cu-0.40Cr-0.15Zr合金460 ℃时效的 (a) 抗拉强度和 (b) 延伸率 Fig.1 Effect of aging time on mechanical properties of Cu-0.40Cr-0.15Zr at 460 ℃
图2 Cu-0.40Cr-0.15Zr合金固溶和时效的金相组织 (a) 950 ℃固溶; (b) 加工形变后460 ℃时效2 h Fig.2 Metallographys of Cu-0.40Cr-0.15Zr alloy after solution and aging
从而增加了电子散射几率, 电阻率增高
[11 ]
。
从图3中可以看出, 在达到时效峰值81%IACS前, Cu-0.40Cr-0.15Zr合金电导率随时效时间的增加显著提高, 表明过饱和固溶体开始分解, 形成沉淀, 基体中的合金元素随时效时间的增加
图3 Cu-0.40Cr-0.15Zr合金460 ℃时效对电导率的影响 Fig.3 Effect of aging time on electrical conductivity of Cu-0.40Cr-0.15Zr alloy at 460 ℃
迅速减少, Cu的晶格畸变程度降低, 合金的晶格电子散射几率大大降低, 从而合金电阻率减小, 电导率提高。 合金中电导率主要受固溶体基体的固溶度控制, 随时效时间的增加, Cr和Zr的逐渐析出, 室温下Cu-0.40Cr-0.15Zr合金电导率最高可达81%IACS。
3 结 论
1. 950 ℃固溶的Cu-0.40Cr-0.15Zr合金经过一定量冷变形、 460
℃时效2 h达到时效峰值, 抗拉强度σ b 和延伸率δ 5 分别达515 MPa和22%。
2. 950 ℃固溶Cu-0.40Cr-0.15Zr合金经过加工变形、 460
℃时效2 h后, 室温下合金的导电率可达81%IACS。
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