新型高強高導Cu-Ag-Cr合金的組織性能及時效動力學研究.pdf

1、隨著電氣化列車向高速、重載的發(fā)展,對接觸線的材質及性能提出了更高的要求.高速鐵路用接觸線材料,要求其強度大于550MPa,導電率大于80﹪IACS,300℃保溫2h后的抗拉強度下降率不大于10﹪,同時具有良好的耐磨性能.目前,日、德、法等許多國家都在研發(fā)滿足這種要求的高性能銅合金. 根據(jù)合金化原理,成功設計了新型高強高導Cu-Ag-Cr系合金,所設計的合金性能能夠滿足高速鐵路接觸線的要求.與目前廣泛使用的Cu-0.1Ag合金接觸

2、線的對比研究表明,微量Cr的加入可使合金強度大大提高,并有效抑制退火過程中Cu-0.1Ag合金的再結晶；微量的Ag能明顯抑制Cu-Cr合金過時效的發(fā)生,提高合金的耐高溫性能.如Cu-Ag-Cr合金經(jīng)過合適的熱處理工藝,顯微硬度和導電率分別可達162HV和82﹪IACS,抗拉強度達594MPa,在30032保溫2b后的抗拉強度僅下降5﹪,合金的受電磨損性能是Cu-0.1Ag合金的2～3倍.表明該合金兼具高強高導高耐磨性能,是目前接觸線用銅

3、合金中綜合性能較好的合金. 利用動態(tài)電阻法研究了Cu-Ag-Cr合金的相變動力學.采用自行設計的動態(tài)電阻測試儀研究了Cu-Ag-Cr合金在不同速度下連續(xù)冷卻、連續(xù)加熱及等溫時效時相對電阻率隨時間的變化；首次建立了Cu-Ag-Cr合金的連續(xù)冷卻、連續(xù)加熱及等溫時效時相對電阻率與時間的數(shù)學模型；并對Cu-Ag-Cr合金在連續(xù)冷卻過程的析出相體積分數(shù)進行了計算,建立了合金的連續(xù)冷卻轉變曲線. 利用透射電子顯微鏡、高分辨電子顯微

4、鏡研究了Cu-Ag-Cr合金的微觀組織變化,首次運用Visual Electron Crystangraphv(VEC)技術研究了析出相與Cu基體之間的共格、半共格關系及共格失配.結果表明:合金在440℃～520℃時效時,可觀察到Cr的共格相與半共格相共存,共存的半徑范圍為15～45nm,理論計算共格失配的臨界尺寸為12.5nm；并在此基礎上分析了合金的時效強化機制,時效初期,合金的強化方式以共格強化為主,利用位錯理論所計算Cu-Ag-

5、Cr合金在480℃時效2h的屈服強度增量與實驗值接近,而在過時效條件下,以Orowan機制強化合金. 通過透射電鏡、圖像分析和統(tǒng)計分析等手段,首次分析了Cu-Ag-Cr合金時效析出相的長大粗化行為及其分布規(guī)律.結果表明:在480℃時效時,Cu-Ag-Cr合金中球狀Cr相長大行為與LSW理論模型符合較好,Cr相的平均半徑與t<'1/3>呈線性關系,表明Cr相的長大粗化過程為擴散控制.Cr相的尺寸分布傾向于正態(tài)分布,與LSW理論模型

6、符合較好. 研究了Cu-Ag-Cr合金形變后的時效析出與再結晶的交互作用及其對合金組織與性能的影響. 發(fā)現(xiàn)在時效初期析出的彌散細小的析出相阻礙了再結晶過程的進行,Cu-Ag-Cr合金的再結晶通過原位再結晶和不連續(xù)再結晶兩種方式進行,原位再結晶使得合金析出相比較細小,合金保持較高的硬度；而不連續(xù)再結晶使合金硬度迅速下降,在再結晶晶界遷移的前沿析出相也快速粗化. Cu-Ag-Cr合金經(jīng)預時效+冷變形后的二次時效過程中

7、,預時效對合金二次時效強化效應產(chǎn)生顯著的影響,440℃×8h預時效最為明顯,強化效應產(chǎn)生的溫度范圍為350℃～400℃,顯微硬度升高30HV～50HV. 利用自制的磨損實驗機對Cu-Ag-Cr合金和Cu-Ag合金材料的滑動磨損行為進行對比研究.結果表明:由于Cr的時效析出強化作用,高強高導的Cu-Ag-Cr合金的磨損性能相對于Cu-Ag合金提高2～3倍,大大提高了合金的使用壽命；在干滑動條件下,Cu-Ag-Cr合金的磨損主要為粘