论文部分内容阅读
铪（Hf）具有可塑性、易加工、耐高温抗腐蚀的特点,在原子反应堆和镍基高温合金中都有应用。作为与Zr伴生的元素,Hf的性质与Zr相似,加入铜中可以大幅度提升铜的再结晶温度,在提高强度的同时还保有较高的导电性能。Hf加入铜中也存在析出强化效应,共晶温度下Hf在铜中的溶解度大于Zr（Hf为0.4at%,Zr为0.12at%）,对于性能的提升有更大的空间。面对人们对高铜合金的强度以及对高强高导铜合金的耐热性能有越来越高的要求,尝试开发出新型合金和对应的加工工艺具有一定意义。本文以Cu-Hf和Cu-0.6Cr-Hf合金为研究对象,真空熔炼并铸造了三种不同Hf含量的Cu-Hf合金和两种不同Hf含量的Cu-0.6Cr-Hf合金,采用热轧、固溶、冷轧、时效等形变热处理工艺对合金进行试验,测试了各阶段的维氏硬度、抗拉强度、延伸率、导电率、软化温度等机械性能和物理性能,结合金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能谱仪（EDS）等分析手段,系统研究了Hf元素对于铜及铜铬合金性能及显微组织的影响,探索了Hf在合金中的存在形式,经分析后得到以下结论:（1）Hf元素添加量达到一定程度时具有细化晶粒的作用;三种Cu-Hf和两种Cu-0.6Cr-Hf合金固溶温度应选择950℃;Cu-Hf合金在时效温度为450℃时性能更佳,从综合性能来看,Cu-0.15Hf合金软化温度为525℃,Cu-0.4Hf和Cu-0.9Hf合金软化温度都可达550℃;Cu-0.15Hf和Cu-0.4Hf合金的时效后硬度分别可达140HV0.5、160HV0.5,它们的导电率都在80%IACS以上,Cu-0.9Hf合金则时效后硬度可达180HV0.5,导电率可达80%IACS;随着Hf含量的提升,合金的峰值硬度和最大抗拉强度均增加。（2）两种Cu-0.6Cr-Hf合金在时效温度为500℃时性能更佳,从综合性能来看,Cu-0.6Cr-0.15Hf合金时效后的硬度和导电率分别达180HV0.5以上和80%IACS,Cu-0.6Cr-0.9Hf合金时效后的硬度和导电率分别达210HV0.5和70%IACS以上。Cu-0.6Cr-0.15Hf和Cu-0.6Cr-0.9Hf合金的软化温度均可达580℃,铜铬合金中添加微量的Hf元素如同Zr元素一样都能够大幅度提高软化温度,含量相同情况下,Cu-Cr-Hf合金软化温度略高于Cu-Cr-Zr合金,但随着Hf含量的提升,对于合金软化温度提升的增幅逐渐减小。（3）Hf元素的加入提高合金铸态时的硬度,在形变热处理工艺中,它总是能起到阻碍晶粒长大的作用,提高合金的耐热性能,这种作用随Hf含量的增加而提升。（4）Cu-Hf合金经过时效析出的沉淀相呈现短棒状,在450℃时效300min粒子尺寸大小仅为20nm左右,这种长大幅度对于硬度的影响不大。经过足够长的时效时间,析出相呈现最稳定的状态,为立方AuBe5类型的Cu5Hf,此时的析出相为面心立方结构的Cu5Hf。Cu-Cr-Hf合金经过时效析出的含Hf沉淀相如Cu-Hf合金中相同,呈现短棒状,含Hf析出相类似于Cu-Cr-Zr合金中含Zr相,不是处于稳定的状态,而是亚稳相,随着时效的进行发生转变。