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形变热处理对高强导电弹性Cu-Zn-Ni-Al合金组织性能的影响
  • 发布:更新:2015-10-30 09:10:25
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铜合金作为一种传统材料,具有优良的传导性能、耐磨蚀性能及工艺性能,广泛应用于军工和民用工业,正向高强度、高导电、高弹性、耐高温和耐腐蚀的方向发展。纯铜的强度较低,尤其是高温下抵抗变形能力很差,难以满足现代航空材料工业的需要,如大容量、小型、高速电动机和发电机的整流子片,大型、高速涡轮发电机的转子导线,引线框架、触头开关、电焊用电极材料等领域。目前对高强高导铜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,但这类合金各自存在成本较高、合金元素添加困难等缺点,使其应用受到一定的限制,因此对新型高强导电弹性铜合金研发成为必然。由于高Ni、Al含量的Cu-Ni-Al具有其他耐磨铜合金在高温条件下不具备的优异耐磨性能,可应用于某些需要高温耐磨的场合。Cu-Zn-Ni-Al四元合金因其Ni、Al含量较低时仍具有很强的时效特性而受到重视。本文制备了Cu-Zn-Ni-Al合金,采用固溶-冷变形-时效形变热处理工艺,从力学性能、导电性能及显微组织结构方面研究形变热处理工艺对合金的微观组织结构及性能的影响;探讨该合金的时效析出机制,优化热处理工艺参数,合理制定该类合金的形变热处理工艺为改善材料性能提供实验依据,丰富该合金体系的时效析出机理。
以工业纯级的铜、锌、镍和铝为原料,经中频感应熔炼铸造,得到25mm×120mm×200mm的研究用Cu-Zn-Ni-Al合金铸锭,合金化学成分(质量分数,%)为:18Zn,6Ni,2.0Al,余为Cu。Cu-Zn-Ni-Al合金铸锭进行850℃保温12h的均匀化处理后热轧至6mm,再经825℃保温1h的固溶处理后水淬冷却。对热轧及固溶处理的合金板材进行酸洗去除表层氧化皮,再进行变形量为80%的冷轧变形。随后进行不同温度(350、400、450和500℃)保温不同时间的时效处理,研究时效温度、时间对于合金析出强化的影响。
经过固溶-冷变形-时效热处理后的Cu-Zn-Ni-Al合金具有很强的时效强化效果。随时效温度升高和时效时间延长,γ'析出相逐渐析出、长大与粗化,合金强度随之增强与下降,析出相粒子为具有L12型有序立方晶体结构的γ'相。析出相粒子与α固溶基体保持共格关系,p//m,(110)p//(110)m。形变热处理能提高Cu-Zn-Ni-Al合金的力学性能和电学性能。Cu-Zn-Ni-Al合金在825℃固溶处理1h再经80%冷变形之后450℃时效1h,合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为1065、1017MPa和2.0%;合金的相对导电率为38.1%IACS
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