含Y元素的Cu-Cr-(Zr)合金组织性能研究

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Cu-Cr系合金因高强高导特性而被广泛用于电气接触线、电阻电极和集成电路引线框等领域,但传统Cu-Cr二元合金存在强度低、再结晶温度低、抗软化性差等问题。为改善Cu-Cr合金性能,本文系统研究稀土Y对Cu-Cr合金组织性能及抗软化性的影响。本文在Cu-0.36Cr、Cu-0.9Cr、Cu-1.45Cr合金的基础上分别添加0wt.%、0.05wt.%、0.10wt.%、0.15wt.%的Y,通过真空熔炼法制备Cu-x Cr-y Y铸锭,对铸态合金组织性能进行分析。然后,将铸锭分别进行“固溶-时效(Solid-solution and aging,SSA)”与“固溶-冷轧-时效(Cold-rolling and aging,CRA)”两种处理,研究时效工艺、稀土Y对时效合金的组织性能影响,并对冷轧峰时效合金的软化温度进行评价。最后,向时效性能最佳的Cu-0.36Cr-Y合金中添加Zr,探索加工工艺对Cu-Cr-Y-Zr合金组织性能影响。主要研究结论如下:(1)研究铸态Cu-x Cr-y Y合金组织性能发现:未添加Y的条件下,Cu-0.9Cr合金是三种合金中等轴晶最多、晶粒最细,合金硬度最高的合金。添加Y后,Cu-0.36Cr合金的组织无明显变化,Cu-0.9Cr、Cu-1.45Cr合金的共晶组织细化、Cr相分布更弥散;添加0.05Y时,Cu-0.36Cr、Cu-0.9Cr、Cu-1.45Cr三种合金铸态硬度均有提升。(2)将固溶和冷轧试样分别进行460℃时效处理,研究时效工艺和稀土Y对合金性能影响发现:冷轧时效工艺可提高时效性能,峰值CRA态Cu-x Cr-y Y合金的硬度(155-160HV)、抗拉强度(460-480MPa)优于峰值SSA态合金性能(<140HV,<330MPa)。稀土Y提高合金冷轧峰时效硬度和电导率,向Cu-0.36Cr合金添加0.05Y,向Cu-0.9Cr与Cu-1.45Cr合金添加0.1Y、0.11Y,均使合金获得抗拉强度与电导率的最佳匹配,分别为485MPa/86.1%IACS、465MPa/87.12%IACS和466MPa/87.09%IACS。(3)稀土Y明显提升冷轧Cu-Cr合金的抗过时效性,如CRA/300min后Cu-0.95Cr-0.1Y合金抗拉强度(423MPa)明显优于Cu-0.9Cr合金(330MPa),原因是稀土Y抑制时效过程Cr相的粗化,延缓了再结晶过程并保留较高位错密度。此外,稀土Y提高了冷轧峰时效合金~70℃的软化温度,这是由于Y抑制时效阶段Cr的扩散与析出相粗化,阻碍F.C.C结构Cr相向B.C.C转变,保留了沉淀强化效果。(4)向Cu-0.36Cr-0.06Y合金中添加0.08Zr后,提高了合金铸态、轧态、CRA态的硬度。采用“固溶-预轧-预时效-冷轧-时效”的双级冷轧时效工艺有效提升合金强度与电导率,含Y的Cu-Cr-(Zr)合金具有强度535MPa,电导率83.79%IACS的最佳性能,分别比CRA峰值态提升39MPa、2.92%IACS。
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