Cu-Cr-Sn合金的组织性能研究

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随着现代科技和电子信息产业的不断发展,铜及铜合金的应用变得更加广泛,但对铜合金的性能要求也越来越苛刻。Cu-Cr合金作为典型的时效强化型铜合金,具有优良的性能,已在工业中广泛应用。通过添加合金元素来进一步提高Cu-Cr合金的性能一直是研究热点,但主要集中在Cu-Cr-Zr系合金的研究。Sn和Zn元素对铜合金的电导率影响不大且能提高其强度,为此本文设计了 Cu-0.67Cr-0.23Sn、Cu-1.0Cr-0.18Sn 和 Cu-0.77Cr-0.22Sn-0.37Zn 三种合金,通过显微硬度、室温拉伸、电导率等测试方法以及显微组织分析(金相、SEM和TEM)研究了合金固溶态、冷轧态和时效态的力学性能、电学性能和微观组织。同时基于三种合金在400℃等温时效不同时间的电导率,研究了合金在400℃等温时效的析出动力学规律,主要研究内容和结果如下:(1)研究了 Cu-0.67Cr-0.23Sn、Cu-1.0Cr-0.18Sn 和 Cu-0.77Cr-0.22Sn-0.37Zn 三种合金固溶态的组织和性能。结果表明,添加固溶元素后对铜合金的强化效果有限,但使电导率严重下降。Cu-0.67Cr-0.23Sn、Cu-1.0Cr-0.18Sn 和 Cu-0.77Cr-0.22Sn-0.37Zn 合金固溶处理后的抗拉强度分别为246.54MPa、254.25MPa和246.71MPa,电导率分别为48.58%IACS、47.57%IACS 和 45.28%IACS。(2)研究了 Cu-0.67Cr-0.23Sn、Cu-1.0Cr-0.18Sn 和 Cu-0.77Cr-0.22Sn-0.37Zn 三种合金冷轧态的组织和性能。结果表明,冷变形能大幅度提高合金的力学性能,且对电导率的损失不严重。其中,Cu-0.67Cr-0.23Sn合金经轧制量为90%的冷轧后,抗拉强度提高了 223.63MPa,电导率仅下降了 1.98%IACS。(3)研究了 Cu-0.67Cr-0.23Sn、Cu-1.0Cr-0.18Sn和 Cu-0.77Cr-0.22Sn-0.3 7Zn三种合金时效态的组织和性能。结果表明,三种合金在350℃下时效不同时间后力学性能和电学性能提高不明显;在500℃和550℃下时效电导率快速上升,但硬度和强度却随时效时间的增加而减小;在400℃和450℃下时效不同时间可以获得力学性能和电学性能的良好匹配。其中,90%冷轧量的Cu-0.67Cr-0.23Sn合金综合性能最佳的单级时效制度是400℃时效1.5h,抗拉强度和电导率分别达到507.17MPa和73.58%IACS,90%冷轧量Cu-1.0Cr-0.18Sn和Cu-0.77Cr-0.22Sn-0.37Zn合金均在400℃时效2h得到最佳的综合性能,抗拉强度分别为505.62MPa和523.14MPa,电导率分别为72.43%IACS和69.20%IACS。(4)Cu-0.67Cr-0.23Sn 和 Cu-1.0Cr-0.18SnCr 合金在低于 1076℃下进行固溶处理,过极限固溶度的Cr元素在基体上生成富Cr第二相,导致两种合金的性能差别不大。(5)根据三种Cu-Cr-Sn合金在400℃等温时效不同时间的电导率,用Avrami相变动力学经验方程描述三种Cu-Cr-Sn合金在该温度下的时效析出过程,进而推导出三种合金在400℃等温时效的电导率方程,且计算值与实测值误差均在4%以内。
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