Cu-15Cr-0.1Zr原位复合材料的组织与性能

采用冷变形+中间热处理方法制备Cu-15Cr-0.1Zr原位复合材料.这种Cr纤维原位强化复合材料的强度为1200 MPa,导电率为73%IACS.研究了不同应变量下材料的微观组织演变和力学性能.随应变量的增加,强度增加,Cr相形态由枝晶演变为细小丝带状.研究不同中间退火工艺对材料性能的影响,结果表明,通过冷变形及适当的中间热处理可获得强度和导电率的较好组合.     

Cu-0.4Zr合金的动态再结晶行为及组织演变

通过在Gleeble-1500D热模拟试验机上进行高温等温压缩试验,对Cu-0.4Zr合金在应变速率为0.001~10 s~(-1)、变形温度为550~900℃、最大变形程度为55%条件下的流变应力行为进行探讨。分析了该合金在高温变形时的流变应力和应变速率及变形温度之间的关系,并对其在热压缩过程中的组织演变进行观察。结果表明:热模拟试验中,应变速率和变形温度的变化强烈地影响合金流变应力的大小,流变应力随变形温度升高而下降,随应变速率提高而增大。结合流变应力、应变速率和变形温度的相关性,计算得出了该合金高温热压缩变形时的应力指数(n)、应力参数(α)、结构因子(A)、热变形激活能(Q)和本构方程。合金动态再结晶的显微组织强烈受到应变速率的影响。     

Cu-0.36Cr-0.03Zr合金时效析出相

利用透射电镜和高分辨电子显微镜对Cu-0.36Cr-0.03Zr合金时效处理后的析出相进行观察分析。结果表明,经450℃时效4 h后,合金显微硬度达到峰值,析出相为具有花瓣状应变场衬度的面心立方Cr相,与基体完全共格;当时效时间延长至8 h时,面心立方Cr相转变为体心立方Cr相;经550℃时效2 h后,合金显微硬度达到峰值,合金中弥散析出相呈球状,通过衍射花样标定,析出相为体心立方Cr相和Cu4Zr相,且Cr相与Cu基体之间存在N-W位向关系。     

Cu-0.38Cr-0.12Zr合金等温时效动力学研究

通过直接测定电阻率研究了Cu-0.38Cr-0.12Zr合金等温时效过程,其相对电阻率γ的变化量Δγ符合Avrami经验方程转化关系。合金经360℃时效90 min后,组织由α-Cu基体和Cu_5Zr相组成。随着时效时间的延长,Cu_5Zr相逐渐粗化,由面心立方结构转变为体心立方结构的Cu_4Zr相,并出现单质Cr相。经TEM分析确定Cr相形状为彼此相互连接的多个类似菱形的相,并存在周期性。     

Cu-1.0Cr-0.2Zr合金的时效析出研究

研究了形变热处理及时效对Cu-1.0Cr-0.2Zr合金组织和性能的影响。结果表明:合金在960℃固溶2 h,经60%冷变形再在450℃时效4 h的综合性能最佳,合金的抗拉强度和伸长率分别为527.4 MPa和12.3%,电导率为82.1%IACS。合金的综合性能最佳归结于在基体上析出了两种细小且弥散分布的第二相,第一种相为铬相并以六边形和球状两种形态存在,第二种相为CrCu2Zr相,且这些弥散分布的第二相减缓了回复及随后的再结晶过程。析出相的逐渐析出,导致基体贫化并减弱了基体对电子散射的作用,使电导率恢复到较高的水平。     

QBe1.9和Cu-0.5Cr-0.2Zr合金显微组织及焊接性能分析

系统研究QBe1.9铍青铜和Cu-0.5Cr-0.2Zr铬锆铜热处理前后及TIG焊后的力学性能、导电性、显微组织。结果表明,经固溶时效处理后,QBe1.9合金析出具有体心立方的硬质γ相,抗拉强度由560.57 MPa提高到761.95 MPa,硬度由246 HV0.02提高到362 HV0.02,电导率由27.43%IACS提高到50.19%IACS。铬锆铜析出具有体心立方的Cr原子及锆的金属间化合物,抗拉强度由290.01 MPa提高到411.17 MPa,硬度由81 HV0.02提高到116 HV0.02,电导率由32.75%IACS提高到58.31%IACS。两种铜合金热处理后分别进行TIG焊,焊缝硬度及焊接接头强度均较母材低,热影响区在距焊缝中心1 mm左右,均在焊缝处断裂,为准解理断裂。     

Cu-0.8Cr-0.3Zr合金热变形行为及热加工图

采用Gleeble-1500D热模拟试验机,研究了Cu-0.8Cr-0.3Zr合金在变形温度为650~950℃、应变速率为0.001~10 s-1、总压缩应变量60%条件下的流变行为,对热变形过程中的组织演变和动态再结晶机制进行了分析,同时分析了该合金的热加工图。结果表明,变形温度越高,应变速率越小,合金越容易发生动态再结晶,且对应的峰值应力也越小。利用逐步回归的方法建立该合金的流变应力方程。绘制了Cu-Cr-Zr合金的热加工图,确定了其热加工时的安全区与失稳区,得出了该合金在实验参数范围内热变形过程的最佳工艺参数:温度范围为850~900℃,应变速率范围为0.1~1 s-1。     

Zr对Cu-15Cr合金铸态组织及热稳定性的影响

为了研究Zr对Cu-Cr形变原位复合材料组织和性能的影响,采用真空中频感应熔炼技术,制备了Cu-15Cr和Cu-15Cr-0.24Zr合金。利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)等表征手段,研究了Zr对Cu-15Cr合金铸态组织及不同温度退火1h后的组织的影响;对两种试验合金进行了冷轧变形,对最终变形量下的试验合金的热稳定性进行了研究。结果表明:Zr的加入,使合金的铸态组织中生成了薄片状的Cu Zr金属间化合物;抑制了共晶Cr相的生成,使共晶Cr含量远低于Cu-15Cr合金,同时,细化了枝晶Cr的尺寸;显著提高了合金的热稳定性,使其在550℃退火1 h后的抗拉强度提高了100 MPa。并通过对试验合金凝固过程的吉布斯自由能(ΔG_(mix))的计算,得出Zr的加入降低了Cu-15Cr合金的液相分离温度,减小了Cu-15Cr合金在凝固过程中动态平衡下的形核驱动力,因此抑制了共晶Cr的生成,这与试验观察到的铸态组织结果一致。     

直流电流下Cu-0.33Cr-0.06Zr合金的时效动力学

采用固溶+冷变形+不同直流电流密度下的时效工艺制备了Cu-0.33Cr-0.06Zr(质量分数,下同)合金试样。进行了450℃下不同时效时间及不同电流密度的时效试验,研究了时效电流和时间对Cu-0.33Cr-0.06Zr合金导电性能的影响。采用透射电镜观察时效合金组织,探讨了不同电流密度下该合金的时效析出动力学。结果表明,合金在电流密度为100A/cm2的直流电流下时效,电导率低于无电流时效的;而在电流密度为400 A/cm2下时效2h后,电导率达到49.5MS/m,接近峰值,高于无电流时效的。时效后合金析出Cr相和CuZr3相,通过对电导率与析出相体积分数关系的分析,确定了合金在不同温度下时效的相变动力学Avrami经验方程和电导率方程。     

Cu-0.5Cr-0.1Zr合金的热压缩变形行为

通过热压缩试验研究了Cu-0.5Cr-0.1Zr合金在600~750 ℃/0.001~1.0 s^-1时的热变形行为。结果表明,Cu-0.5Cr-0.1Zr合金的高温流变应力,动态再结晶临界值和动态再结晶软化效应与变形温度和应变速率密切相关。利用Arrhenius方程计算了Cu-0.5Cr-0.1Zr合金的热激活能Q和Z参数,分别为244.94 kJ/mol、Z=ε·exp(244.94×10³/RT)。采用3种方法进行了动态再结晶临界值的计算,结果证明Poliak-Jonas准则具有最高的精度,并建立了动态再结晶临界值的本构方程。利用动态再结晶的净软化效应η值,讨论了热变形过程中动态再结晶的软化行为。最后,建立了Cu-0.5Cr-0.1Zr合金的热加工图,确定最佳的热加工参数为680~750 ℃,0.001~0.03 s^-1,并详细介绍了功率耗散系数与动态再结晶晶粒尺寸之间的关系。     

Cu-0.8Cr-0.2Zr合金固溶时效后的组织与性能研究

通过检测Cu-Cr-Zr合金在固溶时效过程中硬度、电导率的变化及显微组织的观察,研究不同热处理条件对该合金组织和性能的影响。试验结果表明：固溶时效后在合金基体中能得到大量的孪晶组织及细小的析出粒子,在两者综合作用下,合金的组织和性能得到极大的改善。合金在980℃固溶、450℃时效3 h后性能最佳。合金的硬度为111.5 HBS,相对电导率为78.42%IACS。     

Ca含量对Cu-0.8Cr-0.1Zr合金组织和拉伸性能的影响

通过微观组织观察及力学性能测试,研究了Ca含量(0~1.8%)对Cu-0.8Cr-0.1Zr显微组织和力学性能的影响,分析了变形温度200℃条件下合金的高温热变形行为。结果表明:当Ca元素含量增加后,晶粒变形程度也随之增大,并导致更加明显的晶粒细化现象。当Ca含量增大至1.2%时,合金在高温下开始出现动态再结晶过程。合金固溶处理后的析出相析出的不太稳定,导致Cu5Zr相不断粗化。Cu-Cr-Zr合金的抗拉强度和伸长率随Ca含量的增加先升高后降低,加入1.2%Ca的合金力学性能最优。随着Ca元素的逐步添加,合金断口处的断裂痕迹逐步增加,表现出大量的韧窝以及连接韧窝的撕裂棱。     

Cu-0.8Cr-0.2Zr触头材料的组织与性能

制备了Cu-0.8Cr-0.2Zr触头合金材料,并对其组织与性能进行了研究。结果发现,Cu-0.8Cr-0.2Zr合金基体呈面心立方(FCC)结构,基体上Zr颗粒呈弥散分布,合金硬度(HB)为141,抗拉强度约为430 MPa,电导率为43.5 MS/m,软化温度为550℃。     

直流电流对Cu-0.33Cr-0.06Zr合金导电性的影响

对Cu-0.33Cr-0.06Zr合金在450℃下进行不同时效时间及不同电流密度的时效试验。研究了不同电流密度对Cu-0.33Cr-0.06Zr合金时效后电导率的影响。结果表明,在相同时效温度与时间的条件下,合金在电流密度为100A·cm-2的合金电导率低于无电流时效的;而电流密度为400A·cm-2的合金电导率高于无电流时效的。随着电流密度增加,合金的电导率有先下降再上升的趋势。在电流密度为400A·cm-2下时效2h后合金的电导率达到49.53 MS/m,与无电流时效6h相当。说明较大密度的直流电流可以加速溶质元素的析出,大大提高析出效率。     

Cu-0.35Cr-0.15Zr合金板带的织构和性能研究

采用晶体取向分布函数(ODF)研究了不同形变热处理制度下Cu-0.35Cr-0.15Zr(质量分数,下同)合金板带织构的演变规律,对各取向的体积分数进行了分析和计算,检测了不同状态材料在0°,45°和90°方向上的力学和物理性能.研究结果表明:在该合金冷轧板中主要有以{113}<332>取向为主的Copper织构、Brass取向、S取向和Goss取向,且随着冷变量的增加.Copper取向逐渐向Brass取向转变:时效态的带材中织构较弱,以Brass取向为主,S取向次之,Copper取向最弱,没有发现Copper织构的{113}<332>取向;时效态试样经过冷变形后,带材中又出现了{113}<332>取向,并且体积分数达60%以上.当带材中主要为Copper织构时.在0°→90°方向上合金的抗拉强度和延伸率逐渐升高,导电率逐渐降低;当Copper取向和Brass取向体积分数相当时,在0°→90°方向上,合金强度、延伸率和导电率的差别较小.     

冷变形时效处理对Cu-1.0Cr-0.1Zr合金性能的影响

采用拉伸力学性能测试、电导率测量、金相和透射电镜技术研究不同冷变形下时效处理对Cu-1.0Cr-0.1 Zr合金性能的影响.结果表明:Cu-1.0Cr-0.1Zr合金在950℃×1h固溶处理+70％冷变形+450℃×4h时效后的综合性能最好,其抗拉强度、屈服强度、伸长率和电导率分别达到543.3 MPa、522.3 MPa、12.68％和82.6％IACS.从合金的显微组织观察分析中可知,在此工艺下合金基体中析出了大量弥散细小的强化相,第二相析出是合金强化的重要原因.     

时效对Cu-0.33Cr-0.06Zr合金导电率与硬度的影响

采用固溶+冷变形（80%变形量）+不同温度和时间时效工艺制备了Cu-0.33Cr-0.06Zr合金试样,研究了时效温度以及时效时间对Cu-0.33Cr-0.06Zr合金导电率和显微硬度的影响。结果表明,固溶后冷变形加时效可以显著提高合金的导电率和显微硬度。固溶和冷变形后Cu-0.33Cr-0.06Zr合金的合理时效工艺为450 ℃下时效2 h,经此工艺处理后合金的导电率可以达到83 %IACS,硬度达到195 HV0.1。     

轧制时效工艺对Cu-0.6Cr-0.1Zr合金性能的影响机理

基于ITER偏滤器服役工况制备了Cu-0.6Cr-0.1Zr合金,探究了不同轧制时效工艺对该合金力学性能和电导率的影响机理。结果表明,950℃固溶2 h+室温轧制50%+450℃时效15 min+室温轧制80%+450℃时效2 h工艺条件下合金综合性能最佳,其屈服强度为624.5 MPa、伸长率为12.1%、电导率为45.762 MS/m。采用TEM和EBSD表征了合金的主要强化相和显微组织,发现晶界强化、位错强化和析出强化是Cu-0.6Cr-0.1Zr合金强度高的重要原因。     

Cu-0.35Zr合金热处理后的显微组织研究

用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)和电子探针(EPMA)研究了在大气环境下采用普通中频感应炉制备的Cu-0.35Zr合金的显微组织.结果表明,铸态合金中的Zr以Cu3Zr形式存在;固溶时效处理后合金中的Zr元素以Cu5Zr及Cu51Zr14等形式析出,并弥散分布于铜基体上.