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Cu-Cr-Zr系合金是一类具有综合物理性能和力学性能的结构功能材料,具有很高的强度、良好的导电导热性能和抗腐蚀性能,广泛应用于核装备、大型集成电路引线框架、高速铁路用接触材料、电阻焊电极和连铸结晶器等领域。由于铬和锆是极易氧化的元素,其熔点较高,致使其大气条件下熔铸非常困难。研究大气条件下Cu-Cr-Zr合金的熔炼生产技术为研究和开发高性能的Cu-Cr-Zr合金开辟了新的途径;同时,Cu-Cr-Zr合金是一种典型的时效析出强化型铜合金,使用合金化、热处理以及与冷变形相结合的方法提高其强度、硬度及其导电率具有重要的现实意义和理论价值。本文研究了非真空(大气条件)下高强高导Cu-Cr-Zr系合金的制备工艺,研究了适合该系合金的覆盖剂,分析了覆盖剂和脱氧剂对合金元素氧化烧损和收得率的影响。同时,通过扫描电镜、透射电镜、能谱分析仪分析合金的微观组织,并利用布氏硬度计和涡流电导仪检测不同热处理工艺下合金的硬度和导电率,对合金热处理后组织形貌及性能的演化规律进行研究,得出以下结论:1.Cu-Cr-Zr合金在大气下熔炼是很有难度的,在高温熔炼时必须采用木炭、磷片状石墨和专用覆盖剂;同时,若采用石墨坩埚熔炼时,组织中会存在大量的碳,而采用镁砂坩埚熔炼的铸锭组织则非常洁净;本研究结果能基本解决好烧损、成分不均等问题,得到表面光洁,致密度较好的铸锭。2.Cu-0.71Cr-0.18Z1r合金具有很强的时效强化效果。铸态下硬度为50.4HB,导电率为68.7%IACS,抗拉强度为124MPa;随着时效温度的升高和时间的延长,由于固溶体不断贫化,减少电子散射作用,因此导电率保持在一个较高的水平;而硬度在达到峰值后,由于过时效导致第二相长大粗化,使硬度不断减小,因此Cu-0.71Cr-0.18Zr合金的最佳热处理工艺为960℃固溶30min后再经500℃时效120min时,此时合金的综合性能较好,硬度达到134HB,导电率增加到89.93%IACS,抗拉强度提高到362MPa。3.Cu-0.71Cr-0.18Zr合金的抗拉强度随着固溶温度的升高而增大;合金经高温固溶处理后在500℃时效处理时,其抗拉强度呈现极大值362MPa,当时效时间超过240min时,抗拉强度增大幅度不明显;Cu-0.71Cr-0.18Zr合金在不同时效温度下的拉伸断口主要由微孔和韧窝、撕裂脊和开裂的增强颗粒等形貌构成,在韧窝中有明显的粗大未溶Cr相存在。4.为了进一步研究合金的弹性性能,测量合金的弹性模量是很有必要的,合金的弹性模量受热处理影响很小,主要由合金的成分所决定;Zr元素的加入可以提高了合金的弹性模量,因此可以通过改变成分来提高合金的弹性性能。5.Cu-0.71Cr-0.18Zr合金在960℃固溶30min再经500℃时效120min后,过饱和固溶体分解为Cr2Zr相和Cu8Zr3相;大量共格弥散的析出相是合金时效强化的重要因素,细小的析出物对位错的钉扎,使位错在时效过程中运动困难,减缓了变形回复及随后的再结晶过程,使合金具有较高的硬度;Cu-0.71Cr-0.18Zr合金500℃时效360min后,其析出相为Cr相和Cu10Zr7相,此时强度达到峰值362MPa。