冷变形与时效热处理对CuCrZr合金组织及硬度的影响.pdf

第5 7 卷第3 期 2005 年8 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a l s V 0 1 ．5 7 ．N o ．3 A u g u s t2 0 0 5 冷变形与时效热处理对C u C r Z r 合金 组织及硬度的影响 王明家，王艳 燕山大学材料学院亚稳材料制备技术与科学重点实验室，河北秦皇岛0 6 6 0 0 4 摘要研究C u C r Z r 合金在不同形变量与时效热处理制度下的组织及硬度变化。结果表明，冷变形与时效热处理均能有效 提高C u C r Z r 合金的硬度，固溶处理的C u C r Z r 合金冷变形后再经时效处理，叠加效果更加显著。时效处理温度在4 8 0 ℃时合金硬 度呈现极大值。 关键词金属材料；C u C r Z r 合金；冷变形；时效热处理；硬度 中图分类号T G l 6 6 ．2 ；T G I l 3 ．1 2 ；T G I l 3 ．2 5 文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 5 0 3 0 0 3 1 一0 3 C u C r Z r 合金具有高的强度和良好的导电、导热 性能及抗氧化性，可作为电阻焊电极和结晶器等材 料在电工、电力及航空等行业得到广泛的应 用【卜2 | 。随着科学技术的发展，对C u C r Z r 合金的 综合性能提出更高的要求，提高该合金的综合性能 引起相关研究者的关注。因C u C r Z r 合金的微观结 构影响其合金的电学性能、力学性能及抗氧化性，因 此，改善C u C r Z r 合金的微观结构有着重要实际意 义。众所周知，热处理可以改善合金的微观结构，对 合金的性能有较大的影响∞j ，而塑性变形可以强化 合金的基体。可见通过形变与热处理共同作用来提 高C u C r Z r 合金的性能值得研究，为此，研究了不同 变形量与不同热处理工艺参数对C u C r Z r 合金硬度 的影响，旨在为提高该合金的使用性能提供一定的 参考。 1实验方法 试验材料为C u C r Z r 合金，化学成分见表1 。由 工频感应电炉熔炼浇注成型并锻造成尺寸为2 2 m m 2 4 m m 1 2 0 m m 的试验料，用于形变、时效热处理 试验。首先将坯料在R J X 一8 1 3 型电阻炉内进行 1 0 4 0 ℃保温3 h 的固溶热处理 冷却介质为盐水 ，再 加工成尺寸为怊m m 1 2 m m 样品，在G l e e b l e ．3 5 0 0 形变模拟试验机上进行冷压缩变形，变形量分别为 收稿日期2 0 0 5 0 5 1 6 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 0 4 3 5 0 1 0 作者简介王明家 1 9 6 0 一 ，男，黑龙江庆安县人，高级工程师，博 士生，主要从事金属材料开发及制造工艺等研究。 2 0 ％，5 0 ％，形变速率0 ．5 s - 。。然后将固溶处理态 试样、经过2 0 ％及5 0 ％冷变形的样品分别在 3 6 0 C 3 9 0 C 、4 2 0 e ，4 5 0 C ，4 8 0 C 、5 1 0 C 、5 4 0 C ，． 5 7 0 ℃进行时效处理，保温时间为4 h 随后炉冷。 表1C u C r Z r 合金的化学成分 T a b l e1C h e m i c a lc o m p o s i t i o n0 fC u C r Z ra l l o y 成分 C rz rF ePC u 用显微硬度计测试其显微硬度 H V ，载荷为 0 ．9 8 N ，硬度值为3 次测试结果的平均值。并用 N E O P H O T 一2 1 型金相显微镜对试样的微观组织进 行分析。 2 试验结果与分析 图1 为不同状态下C u C r Z r 合金的金相组织特 征。可以看出，固溶处理态试样组织为等轴晶，试样 经2 0 ％变形后，晶粒被拉长，当试样经5 0 ％变形后， 呈现为带状组织。由硬度测试结果可知C u C r Z r 合 金变形前的硬度为H V 7 5 ，经2 0 ％和5 0 ％变形后， 硬度分别为H V l 2 3 和H V l 4 8 。这说明冷变形提高 C u C r Z r 合金的硬度值，变形量越大，硬度值提高幅 度越大，既获得形变强化效果。 图2 为不同状态C u C r Z r 合金的硬度随时效温 度变化曲线。可以看出，三种状态C u C r Z r 合金在 时效处理过程中试样的硬度值均有增加，并且均在 4 8 0 ℃时效处理出现硬度峰值。相对比较，未变形的 固溶处理态试样的峰值硬度最低，硬度值为 H V l 8 0 ，5 0 ％变形试样的硬度最高，硬度值为 万方数据 3 2有色金属第5 7 卷 H V 2 1 3 ，较固溶处理态硬度 H V 7 5 提高了1 8 4 ％。强化作用[ 4J ，导致合金硬度升高。由试验结果可 知，随时效温度升高弥散强化作用增强，当时效温度 为4 8 0 ℃时，试样的硬度最高，出现极大值，而时效 温度超过4 8 0 ℃时，C u C r Z r 合金的硬度有所降低， 分析认为是C u ，Z r 、C u 5 Z r 逐渐长大，与基体脱离了 共格关系的缘故，即发生过时效现象。 壬 瑙 髫 时效温厦f c a 一固溶； b 一固溶 2 0 ％变形； c 一固溶 5 0 ％变形 图2 不同状态C u C r Z r 合金的硬度 与时效温度的关系 F i g ．2 E f f e c to fa g e i n gt e m p e r a t u r eo nh a r d n e s so f C u C r Z ra l l o yi nv a r i o u ss t a t u s C u C r Z r 合金经过冷变形后，其组织中空位、位 错等缺陷密度增多，强化了基体，增加了合金的硬 度，出现形变强化现象，同时，也为随后的时效处理 过程中C u ，Z r 和C u 5 Z r 的析出提供了更多的形核位 置，有利于沉淀相从固溶体中的析出。 两种强化效果相互叠加，使得经过冷变形的时 效处理合金与未经冷变形的时效处理合金相比呈现 。 一固溶； b 卜固溶 2 0 ％变形； 。 一固溶 5 0 ％变形 较高硬度，且变形量越大，效果越明显。 图1C u C r Z r 合金的金相组织 气蛙裕 F i g ．1 M i c r o s t r u c t u r eo fC u C r Z ra l l o y 固溶热处理后C u C ，Z r 合金基体中固溶着过饱 1 冷变形和时效热处理均可提高C u C r Z r 合 和的C ，和Z ，原子，在随后的时效处理过程中，过饱 金的硬度，当冷变形与时效热处理共同作用时，叠加 和固溶体将发生分解，C u 3 Z r 和C u ；Z 。金属间化合 效果更加显著。 物微粒从固溶体中弥散析出，细小的粒子起到弥散 2 经过固溶处理和冷变形的C u C r Z r 合金再进 行时效处理，时效温度在4 8 0 ℃时硬度呈现极大值。 参考文献 [ 1 ] 赵祖德．铜及铜合金材料手册[ M ] ．北京科学出版社，1 9 9 3 ． [ 2 ] I g a r a s h iT ．M a t e r i a l sf o rl e a df r a m e [ J ] ．M a t e r i aJ a p a n ，1 9 8 9 ，2 8 1 6 3 6 5 ． [ 3 ] Y a m a n eS ．T h ef o u n d a t i o no fh i g h s t r e n g t hh i g h e l e c t r o - c o n d u c t i b i l i t yc o p p e ra l l o yd e s i g n a t i o n [ J ] ．J o u r n a lo fJ a p a nC o p p e ra n d B r a s sR e s e a r c hA s s o c i a t i o n ，1 9 9 0 ，2 9 1 2 1 5 ． [ 4 ] 廖素三，尹志民，蒋牵．热处理对C u C r 一Z r 合金力学性能和导电性能的影响[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 0 ，1 0 5 6 8 4 6 8 7 ． 万方数据 第3 期王明家等冷变形与时效热处理对C u C r Z r 合金组织及硬度的影响 3 3 E f f e c to fC o l dD e f o r m a t i o na n dA g e i n gH e a tT r e a t m e n to nM i c r o s t r u c t u r ea n dH a r d n e s so fC u - C r - Z rA l l o y W A N GM i n g - j i a ，W A N GY a n K e yL a b o r a t o r yo fM e t a s t a b l e M a t e r i a l sS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，D e p a r t m e n to fM a t e r i a l sS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y ，Y a n s h a nU n i v e r s i t y ，O i n g h u a n g d a o0 6 6 0 0 4 ，H e b e i ，C h i n a A b s t r a c t T h ev a r i a t i o no ft h em i c r o s t r u c t u r ea n dh a r d n e s so faC u ．．C r Z ra l l o yi nv a r i o u ss t r a i n sa n da g e i n gt e m p e r a - t u r e si si n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h eh a r d n e s so fC u C r Z ra l l o yc a nb ei n c r e a s e db yt h ec o l dd e f o r m a t i o na n dt h ea g e i n gh e a tt r e a t m e n t ，r e s p e c t i v e l y ，a n dt h ec o m p r e h e n s i v er e s u l to fa g e i n gt r e a t m e n ta f t e rc o l dd e - f o r m a t i o nf o rt h eC u C r Z ra l l o yi sm o r er e m a r k a b l e ．T h eh a r d n e s so ft h ea l l o ya p p e a r sap e a kw h i l ea g e i n ga t 4 8 0 ℃． K e y w o r d s m e t a lm a t e r i a l ；C u C r ．Z ra l l o y ；c o l dd e f o r m a t i o n ；a g e i n gh e a tt r e a t m e n t ；h a r d n e s s 上接第3 0 页，C o n t i n u e df r o mP ．3 0 [ 5 ] B o k h o n o vBB ，K o n s t a n e h u kIG ，B o l d y r e vVV ．S e q u e n c eo fp h a s ef o r m a t i o nd u r i n gm e c h a n i c a la l l o y i n gi nt h eM o - S is y s t e m [ J ] ．J o u r n a lo f A l l o y i n ga n d C o m p o u n d s ，1 9 9 5 ， 2 1 8 1 9 0 1 9 6 ． [ 6 ] M i t c h e l lTE ，C a s t r oRG ．D i s l o c a t i o n s ，t w i n s ，g r a i nb o u n d a r i e sa n dp r e c i p i t a t e si nM o S i 2 [ J ] ．M a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，1 9 9 2 ，A 1 5 5 2 4 1 2 4 9 ． [ 7 ] W i l l i a mJB o e t t i n g e r ．A p p l i c a t i o no ft e r n a r yp h a s ed i a g r a m st ot h ed e v e l o p m e n to fM o S i 2 一b a s e dm a t e r i a l s [ J ] ．M a t e r i a l sS c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g ，1 9 9 2 ，A 1 5 5 3 3 4 4 ． [ 8 ] E u n g j o o nC h i ，J a e y e o bS h i m ．S i l i e i d ef o r m a t i o nb ys o l i d ．s t a t ed i f f u s i o ni nM o ／S im u l t i p l a y e rt h i nf i l m s [ J ] ．J o u r n a lM a t e rS c i ， 1 9 9 6 ， 3 1 3 5 6 7 3 5 7 2 ． [ 9 ] 肖纪美，朱逢吾．材料能量学[ M ] ．上海上海科学技术出版社，1 9 9 9 1 9 3 2 0 4 ． [ 1 0 ] 马勤，余宁，康沫狂，等．M o ，S i 混合粉末的机械合金化[ J ] ．材料研究学报，1 9 9 8 ，1 2 3 2 7 0 2 7 3 ． [ 1 1 ] 陈奇志，楮武扬，颜庆云，等．有序合金中F C C - 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