时效对Cu-Cr-Zr-Y合金显微硬度及导电率的影响.pdf

第5 9 卷第1 期 2 0 07 年2 月 有色金属 N o n f e r r o u sM e t a l s V 0 1 ．5 9 ．N o ．1 F e b r u a r y 2007 时效对C u C r Z r Y 合金显微硬度及导电率的影响 叶权华，刘平，刘勇，田保红 河南科技大学材料科学与工程学院，河南洛阳4 7 1 0 0 3 摘要探讨时效温度及变形量对C u ．0 ．4 0 C r - O ．6 7 Z r ．0 ．0 2 1 Y 合金显微硬度及导电率的影响。结果表明．合金经9 5 0 ℃x I h 固溶处理后在4 8 0 ℃时效 4 0 ％变形0 ．2 5 h ，可达到较好的硬度和导电率，分别为1 3 3 H V 和8 2 ．8 3 ％I A C S 。 关键词金属材料；c u ．c r ．z r ．Y 合金；冷变形；时效；显微硬度；导电率 中图分类号T G l 4 6 ．1 1 ；T G l l 5 ．5 ；T G l 5 6 ．9 2文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 7 0 1 0 0 1 4 0 3 时效硬化型C u ．C r Z r 合金因其高强度、高导电 性以及优良的耐磨和耐热性能而在近几十年来倍受 关注【1 1 。研究表明晗叫J ，C u C r Z r 合金的时效过程 是析出相由过渡相[ H e u s l e r 相C r C u 2 Z r ，M g ] 向平 衡相 C r ，C u ，Z r 及C u 4 Z r 的转变过程。通过时效处 理可以明显提高合金的强度，但时效温度过低时，析 出强化效果不佳，时效温度过高，则容易发生过时 效，导致合金强化效果变差。对于该类铜合金常常 在固溶处理和时效之间进行冷变形，这样可通过引 入高密度空位和位错等缺陷，而使合金第二相粒子 析出过程加快，并大幅度提高合金的硬化程度。因 为位错有利于析出相的形核并易于成为溶质原子的 扩散通道拍_ 7J 。研究了时效处理温度及时效前冷 变形量对C u 一0 ．4 0 C r 一0 ．6 7 Z r 一0 ．0 2 1 Y 合金硬度和导 电率的影响，并确定出该合金较佳的变形量、时效温 度和时间等工艺参数。 1实验方法 采用巾2 5 r a m 的热轧退火态棒材，经线切割制成 不同厚度的板材。材料成分为 叫／％ C r 0 ．4 0 ％，Z r 0 ．6 7 ％，Y 0 ．0 2 1 ％，余为C u 。固溶处理 和时效处理均在S 列K 一3 1 2 型管型电阻炉中进行， 通以N ，保护，Z K ．1 型可控硅电压调整器控温，温度 偏差2 E 。9 5 0 ℃l h 固溶处理后，在自制轧机上 轧制变形，轧辊尺寸为 8 0 m m 6 0 r a m 。试样变形 收稿日期2 0 0 5 0 9 0 5 基金项目国家高技术研究发展计划资助项目 2 0 0 2 A A 3 3 1 1 1 2 ； 河南省杰出人才基金资助项目 0 5 2 1 0 0 1 2 0 0 ； 河南科技大学基金资助项目 2 0 0 4 Z Y 0 0 3 作者简介叶权华 1 9 8 0 一 。男，武汉市人，硕士生，主要从事铜合 金等方面的研究。 量 原始厚度一轧制后厚度 ／原始厚度。导电率 试样尺寸为1 1 0 m mX2 ．5 m m 0 ．3 r a m 。电阻测量 使用Z Y 9 9 8 7 型数字式微欧计，测量误差≤0 ．0 2 t t l 2 。 显微硬度在H V S 一1 0 0 0 型数显显微硬度计上进行测 量。金相试样经机械抛光，采用F e C I ”无水乙醇和 浓盐酸混合液进行浸蚀。 2试验结果与分析 2 ．1 固溶处理后微观形貌 图1 是C u ．C r Z r Y 合金9 5 0 ℃Xl h 固溶水淬 后的金相组织。由图1 可见，晶内未溶的溶质元素 很少，说明所采用的固溶工艺基本上可使合金中的 C r 及Z r 固溶于C u 基体中。 图1C u ．C r - Z r ．Y 合金9 5 0 ℃l h 固溶后的金相组织 F i g ．1O p t i c a lm i c r o s t r u c t u r eo fC u C r Z r - Y a l l o ya f m rs o l u t e da t9 5 0 ℃f o rlh 2 ．2时效温度和变形量对合金导电率影响 图2 是C u 。C r Z r Y 合金不同时效处理温度及 冷变形量下，导电率与时效时间的关系。由图2 可 见，时效初期导电率上升较快，随后逐渐减慢。导电 率的迅速上升取决于C r 和z r 原子的扩散速度，温 万方数据 第1 期 叶权华等时效对C u ．C r ．Z r Y 合金显微硬度及导电率的影响 度越高C r 和z r 原子的扩散速度越快，导电率上升 就越快。如图2 a 中，5 6 0 ℃时效1 h 导电率达到 8 7 ．6 8 ％I A C S ，而4 0 0 ℃时效1 h 导电率仅有 5 0 ．9 8 ％I A C S 。由此可见，影响C u ．C r Z r ．Y 合金导 电率的主要因素是过饱和的溶质原子，这与S c h i k i n 的研究结果相符∞J 。在时效过程中，导电率的升高 主要是过饱和固溶体中C r 相和C 0 4 Z r 相的析出所 造成的。其变化的快慢主要受C r 和z r 原子的扩散 ∽ U 冰 、 话 茁】 Ⅲ} 速度所控制L 9J 。冷变形使合金内产生大量缺陷，因 为溶质原子的扩散主要是靠空位等缺陷的运动，溶 质原子的偏聚数量和速度受空位的数量和移动的速 度所控制。而且空位和缺陷数量的增多，也使固溶 原子偏聚和析出的部位增多，为析出相形核及生长 提供了有利条件，因而冷变形使合金导电率上升加 快。随着时效过程的进行，固溶原子含量减少，析出 动力变弱，导电率的变化减慢。 时l 田／h时I 司／h 图2时效温度 a 和变形量 b 对合金导电率的影响 F i g ．2 I n f l u e n c eo ft e m p e r a t u r e s a a n dd e f o r m a t i o n b o ne l e c t r i cc o n d u c t i v i t y 根据以上分析，时效初期析出相析出速度较快，降低。这是由于变形量过大，基体内的缺陷增多，这 导电率的升高主要受温度和冷变形的影响，即时效些缺陷对电子的散射作用导致了导电率有所下降。 温度越高，导电率增幅越大，导电率就越高。图22 ．3 时效温度和变形量对合金硬度的影响 a 中，在5 2 0 ℃时效6 h ，导电率达8 5 ．5 2 ％I A C S 。图3 为合金9 5 0 ℃l h 固溶后，在不同温度时 变形量对导电率的影响与温度对导电率的影响规律效处理及经不同冷变形后再时效，其显微硬度与时 一致，即变形量越大，导电率恢复也越快，见图2效时间的关系曲线。 b 。然而当变形量大于4 0 ％时，导电率反而有所 I J l2 3 456 时间，h ∈ 魁 髫 题 测 时间，} I 图3时效温度 a 和变形量 b 对合金硬度的影响 F i g ．3 I n f l u e n c eo ft e m p e r a t u r e a a n dd e f o r m a t i o n b o nm i c r o h a r d n e s s 、 图3 a 是未变形时效时显微硬度与时效时间出相与基体的共格关系遭到破坏，点阵畸变度降低， 的关系。4 0 0 ℃和4 4 0 ℃时效时，硬度随时间的延长析出相长大，故显微硬度呈下降趋势。析出过程是 不断增加，且4 4 0 ℃时效时硬度整体上都高于4 0 0 ℃通过扩散进行的，时效温度越高，原子扩散能力就越 时效时的硬度。而高于4 4 0 ℃时效时，硬度先增后强，扩散的速度就越快，析出速度也越快，达峰值所 减，时效温度越高，达到峰值所需时间也越短，尔后需的时间也就越短u0 | 。由图3 a 还可见，时效温度 合金的硬度随着时效时间的延长缓慢降低。这是由越高，硬度峰值的值也越低，如在5 2 0 ℃时效时峰值 于在时效初期，基体过饱和度较大，析出相析出动力硬度为1 1 2 H V ，而5 6 0 ℃时效时为1 0 7 H V ，这是因 较大，析出速度相应也较快，使硬度迅速上升到峰为在高温时效时，合金的时效析出与回复再结晶同 值，随着时效时间的延长，合金进入过时效阶段，析 时进行，而低温时效时，析出相较稳定，不产生过时 娜惦协惦㈣％∞{窖鲫衢加 H，瑙甚器硝 万方数据 1 6有色金属第5 9 卷 效现象，所以硬度随时效时间的延长一直上升。从 硬度的角度看，合金未变形时，较佳时效参数是时效 温度为5 2 0 ℃，时效时闻为1 h 。变形对合金硬度的 影响与温度相当，变形量越大合金内产生的缺陷也 越多，析出相的析出也就越快，硬度上升的速度也越 快，图3 b 是合金4 8 0 ℃时效不同变形量的硬度与 时间的关系曲线。同样可作出合金4 0 ％，6 0 ％和 8 0 ％变形时，不同温度下时效时显微硬度与时效时 间的关系曲线。 综合上述分析，不同变形量合金，在不同时效温 度下、经不同时效时间可获得良好综合性能，其显微 硬度和导电率分析结果见表1 。 表l 不同变形量下合金的最佳时效温度和时间 T a b e l1 O p t i m a la g i n gt e m p e r a t u r ea n dt i m e u n d e rr a t i o u sd e f o r m a t i o n 变形量／％温度厂c时间／h导电率／％I A C S硬度／H V 由以上分析可知，固溶态合金未变形时，在4 4 0 参考文献 ～5 2 0 ℃时效可以获得较高的硬度，最高达1 1 2 H V ， 而在5 2 0 ～5 6 0 ℃时效可获得较高的导电率，达到 8 0 ％I A C S 以上。冷变形可使合金的硬度和导电率 比未变形时整体的都高，并使合金的时效时间大大 缩短。C u 一0 ．4 C r 一0 ．6 7 Z r ．0 ．0 2 1 Y 合金为获得较好 综合性能，最佳时效工艺可取为4 0 ％变形 4 8 0 ℃ 0 ．2 5 h 。经此工艺处理后其显微硬度和导电率分 别可达1 3 3 H V 和8 2 ．8 3 ％I A C S 。 3结论 1 影响C u - C r - Z r - Y 合金导电率的主要因素是基 体中固溶元素的含量，含量越高，导电率越低。当时 效温度增高时，析出相可快速析出，导电率迅速恢复。 时效前冷变形可以增加合金内部位错等缺陷的数量， 为析出相的析出、形核及生长提供了有利条件。 2 细小弥散的析出相使合金的性能得以提高， 温度和变形量都对合金的时效析出起着促进作用。 C u - 0 ．4 0 C r ．0 ．6 7 Z r ．0 ．0 2 1 Y 合金的最佳时效工艺条 件可确定为4 0 ％变形 4 8 0 ℃0 ．2 5h ，其显微硬 度和导电率分别达到1 3 3H V 和8 2 ．8 3 ％I A C S 。 [ 1 ] 有色金属及其热处理编写组．有色金属及其热处理[ M ] ．北京国防工业出版社，1 9 8 1 8 1 1 0 0 ． [ 2 ] 刘技文．稀土铜铬锫合金性能的研究[ J ] ．上海金属 有色分册 ，1 9 9 3 ，1 4 5 1 0 一1 3 ． [ 3 ] T a n gNY ，D u n l o pGL ．P r e c i p i t a t i o na n da g i n gi nh i g h c o n d u c t i v i t yC u - C ra l l o y sw i t ha d d i t i o n so fz i r c o n i u ma n dm a g n e s i u m [ J ] ．M a t e r i a l sS c i e n c e T e c h n o l o g y ，1 9 8 5 ，1 4 2 7 0 2 7 5 ． [ 4 ] B a t a wIE ，M o r r i sDG ，M o r r i sMA ．E f f e c to fs m a l la l l o y i n ga d d i t i o n sonb e h a v i o ro fr a p i d l ys o l i d i f i e dC u C ra l l o y s [ J ] ．M a t e r i a l sS c i e n c eT e c h n o l o g y ，1 9 9 0 ，6 9 8 9 2 8 9 9 ． [ 5 ] 董志力，唐祥云．C u ．z r 和C u Z r - S i 的时效析出特性及冷变形对时效析出的影响[ J ] ．金属学报，1 9 8 9 ，2 5 6 4 6 2 4 6 5 ． [ 6 ] H OJR Y U ，H Y U N GKB A I K ．E f f e c to ft h e r m o lm e c h a n i c a lt r e a t m e n to nm i c r o s t r u c t u r eo fC u b a s el e a df r a m ea l l o y [ J ] ．J o u r - h a lo fM a t e r i a l sS c i e n c e ，2 0 0 0 ，3 5 2 3 6 4 1 3 6 4 3 ． [ 7 ] 曹玲飞，汪明朴．C u ．1 7 ．0 Z n x C r 合金形变热处理[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 1 ，1 1 3 3 3 7 3 3 8 ． [ 8 ] S z a b l e w s kJK u z n i c k a ．E l e c t r i c a lp r o p e r t i e so fR SC u ．C ra l l o y s [ J ] ．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 ，1 9 9 1 ，7 2 4 6 7 4 6 9 ． [ 9 ] 刘平，曹兴国，康布熙，等．快速凝固c u ．C r 合金导电性分析[ J ] ．洛阳工学院学报，1 9 9 8 ，1 9 4 1 5 ． [ 1 0 ] 董企铭，苏娟华，刘平，等．C u ．C r ．Z r ．M g 合金时效析出研究[ J ] ．材料热处理学报，2 0 0 4 ，2 5 3 3 8 4 1 ． I n f l u e n c eo fA g i n go nM i c r o h a r d n e s sa n dE l e c t r i c a lC o n d u c t i v i t yo fC u - C r - Z r - YA l l o y Y EQ u a r t h u a ，L 儿，P i n g ，L j UY o n g ，T I A NB a o - h o n g S c h o o lo ．1 ‘M a t e r i a l sS c i e n c e E n g i n e e r i n g ，H e n a nU n i v e r s i t yo fS c i e n c e ＆T e c h n o l o g y ，L u o y a n g4 7 1 0 0 3 ，C h i n a A b s t r a c t T h ee f f e c t so fa g i n gt e m p e r a t u r ea n dc o l dd e f o r m a t i o no nt h em i c r o h a r d n e s sa n de l e c t r i c a lc o n d u c t i v i t yo f C u 一0 ．4 0 C r ．0 ．6 7 Z r 一0 ．0 2 1 Ya l l o ya r ei n v e s t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h es a t i s f i e dm i c r o h a r d n e s sa n de l e c t r i c c o n d u c t i v i t yo fC u ．0 ．4 0 C r ．0 ．6 7 Z r 一0 ．0 2 1 Ya l l o y ，1 3 3 H Va n d8 2 ．8 3 ％I A C Sr e s p e c t i v e l y ，c a nb ea c h i e v e db y t h et r e a t m e n tw i t h4 0 ％c o l dd e f o r m a t i o na f t e r9 5 0 ℃Xl hs o l i ds o l u t i o n ，t h e n4 8 0 ℃a g i n gf o r0 ．2 5 h ， 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 r - Ya l l o y ；c o l dd e f o r m a t i o n ；a g i n g ；m i c r o - h a r d n e s s ；d e c t r i c a lc o n d u c t i v i t y 万方数据