论文部分内容阅读
沉淀强化型Cu-Cr系合金是一种具有高导电性、高强度、高导热性的铜合金材料,常用于制备结晶器内衬、高铁列车架空导线、接触导线材料等。本文以低氧铜杆、Cu-8Cr合金和纯锡为原料,通过“铁模浇铸”法、“上引连铸”法与“铸造-挤压”法三种加工制备方法制备Cu-Cr-Sn合金,研究分析了不同工艺条件下Sn元素添加量对合金的微观组织结构、力学性能和导电性能的影响,重点分析了Cu-Cr-Sn合金在形变与时效处理过程中的组织演变与强化机理,并探究了上引连铸-拉拔-固溶-二次拉拔态Cu-Cr-Sn合金在不同温度退火时的软化机理,揭示了Cu-Cr-Sn合金成分-加工工艺-微观组织-结构-性能之间的联系。研究结果如下:Sn元素弥散分布于Cu-Cr-Sn合金基体中,并未发现Sn元素的偏聚现象。Sn元素含量升高会使得Cu-Cr-Sn合金电导率降低,并提升合金的硬度。通过组织分析发现,添加Sn元素能细化时效析出相富Cr相,在时效过程中能得到5～8nm的时效析出富Cr相,并发现在长时间保温下与基体存在共格与半共格关系的富Cr相并未由fcc结构向bcc结构转变,这表明Sn元素的添加能抑制时效过程中富Cr相由fcc Cr相向bcc Cr相转变。合金时效过程中脱溶析出的纳米级fcc结构富Cr相是Cu-Cr-Sn合金沉淀强化效果提高的主要原因。通过“浇铸-挤压”法与“上引连铸”法两种制备工艺制备Cu-Cr-Sn合金杆线材。研究结果发现两种工艺下Cu-Cr-Sn合金在时效过后力学性能与导电性能的差异不大,合金的硬度和导电率分别达到170 HV以上及82%IACS。Cu-Cr-Sn合金杆线材的析出相为与Cu基体间呈共格关系的fcc结构富Cr相。相比于传统的“铸造-挤压”法,利用“上引连铸”法缩短了制备Cu-Cr-Sn合金工艺流程,同时不会恶化材料的硬度及导电性。上引连铸-拉拔-固溶-二次拉拔态Cu-Cr-Sn合金的软化机理研究中发现,在不同温度下进行退火,其软化机制不同:在450℃保温时,软化主要是由于析出Cr相粗化;在500℃-550℃保温时,软化主要由析出Cr相粗化、回复和部分再结晶所共同引起;在600℃以上保温时,软化主要由再结晶转变控制,通过计算分析得到拉拔态Cu-Cr-Sn合金的再结晶激活能为117.9±16.8 kJmol-1,Avrami指数的取值范围为0.87～1.36。这表明Cu-Cr-Sn合金的再结晶由异质形核引起,再结晶过程由晶界迁移所控制的。