【摘要】：CuCr合金是一種典型的沉淀強(qiáng)化型銅合金,在電器設(shè)備制造領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。CuCr合金極限抗拉強(qiáng)度相對(duì)偏低,需要進(jìn)行元素合金化來(lái)進(jìn)一步提高力學(xué)性能。研究表明,Zr元素可以促進(jìn)Cr相析出,改善析出相分布,同時(shí)Zr元素與Cu形成的銅鋯化合物可起到沉淀強(qiáng)化的作用,因此CuCrZr合金力學(xué)性能優(yōu)異。Zr元素化學(xué)性質(zhì)活潑、易氧化,采用大氣熔煉會(huì)造成Zr元素?fù)p耗較大,無(wú)法保證鑄錠品質(zhì)。目前CuCrZr合金生產(chǎn)以真空熔煉為主,這種方式生產(chǎn)成本較高,坯料尺寸也受到極大限制,該工藝尚不足以實(shí)現(xiàn)CuCrZr合金的大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用。相比Mg、Ti等固溶強(qiáng)化型元素,Ag作為Cu的同族元素,微量添加對(duì)合金導(dǎo)電性能影響極小,且Ag元素理化性質(zhì)穩(wěn)定,CuCrAg合金可以實(shí)現(xiàn)連鑄生產(chǎn)�；贑uCrZr合金目前難以實(shí)現(xiàn)大批量、連續(xù)化生產(chǎn)的現(xiàn)狀,CuCrAg合金有潛力在特定環(huán)境(如高溫環(huán)境)下替代CuCrZr合金,同時(shí),利用理化性質(zhì)穩(wěn)定的Ag元素部分取代性質(zhì)活潑的Zr元素,有助于CuCrZr合金生產(chǎn)工藝進(jìn)一步優(yōu)化。目前關(guān)于CuCrAg、CuCrZrAg合金的高溫性能方面的研究較少,本文在CuCr二元合金的基礎(chǔ)上,通過(guò)設(shè)計(jì)Zr、Ag、(Zr+Ag)原子比相同的CuCrZr、CuCrAg、CuCrZrAg三種合金,開(kāi)展力學(xué)拉伸試驗(yàn)、蠕變?cè)囼?yàn)、硬度測(cè)試、電導(dǎo)率測(cè)試,對(duì)比了三種合金室溫、高溫性能及抗蠕變特性等方面的差異,借助金相顯微鏡、透射電鏡、掃描電鏡等儀器對(duì)三種合金的微觀組織進(jìn)行了分析,建立了合金性能與微觀組織之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,驗(yàn)證和明確了 CuCrAg、CuCrZrAg合金替代CuCrZr合金的可行性及環(huán)境條件。室溫力學(xué)性能測(cè)試表明,經(jīng)900℃×12h均勻化處理,CuCrZr、CuCrAg、CuCrZrAg合金均適用冷加工+時(shí)效處理的方案。經(jīng)450℃×3h時(shí)效后,CuCrAg合金展現(xiàn)出優(yōu)于CuCrZr和CuCrZrAg合金的綜合性能,抗拉強(qiáng)度和電導(dǎo)率分別達(dá)到318MPa和96.2%IACS。經(jīng) 27%變形量加工,Cu-0.24Cr-0.04Zr(at%)合金采取 450℃×4h 時(shí)效處理,抗拉強(qiáng)度達(dá)到 428MPa,電導(dǎo)率為93.3%IACS;Cu-0.22Cr-0.06Ag(at%)合金經(jīng)400℃×8h時(shí)效處理,抗拉強(qiáng)度達(dá)到 451MPa,電導(dǎo)率為 96.1%IACS;Cu-0.24Cr-0.02Zr-0.03Ag(at%)合金經(jīng)400℃×4h處理,抗拉強(qiáng)度達(dá)到479MPa,電導(dǎo)率為93.2%IACS。高溫拉伸試驗(yàn)表明,溫度由300℃升至600℃,三種合金的力學(xué)性能均顯著下降。CuCrZr合金抗拉強(qiáng)度由176MPa降至121MPa,CuCrAg合金抗拉強(qiáng)度由208MPa降至92MPa,CuCrZrAg合金抗拉強(qiáng)度由184MPa降至116MPa。軟化試驗(yàn)結(jié)果表明,CuCrZr、CuCrAg、CuCrZrAg 合金的軟化溫度分別約為 620℃、550℃、600℃。TEM分析表明,CuCrZr、CuCrZrAg合金組織中析出相尺寸隨溫度升高變化較小,析出相在高溫下仍能保持對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)的阻礙能力,而CuCrAg合金中析出相高溫下嚴(yán)重粗化,對(duì)位錯(cuò)的阻礙能力減小,因此高溫環(huán)境中性能惡化嚴(yán)重。CuCrZr、CuCrZrAg合金在T=400℃,σ=30MPa時(shí)存在應(yīng)變隨時(shí)間而減小的負(fù)蠕變現(xiàn)象,隨著溫度升高、應(yīng)力增大,負(fù)蠕變現(xiàn)象消失。三種合金蠕變持久壽命均隨溫度、應(yīng)力的增大而急劇縮短,CuCrAg合金蠕變持久壽命受溫度、應(yīng)力影響最大,CuCrZr合金蠕變持久壽命所受影響最小。T=600℃,σ=30MPa,CuCrAg合金蠕變持久壽命為7.7h,而CuCrAg和CuCrZrAg合金蠕變持久壽命大于50h。CuCrZr、CuCrAg、CuCrZrAg 在 T=600℃下的應(yīng)力指數(shù) n 分別為 5.2、3.7、5.3,CuCrZr 和 CuCrZrAg 合金的蠕變機(jī)制均為位錯(cuò)攀移控制機(jī)制,而CuCrAg合金的蠕變機(jī)制為位錯(cuò)粘滯運(yùn)動(dòng)控制機(jī)制。CuCrAg蠕變斷裂機(jī)制為脆性沿晶斷裂,CuCrZr、CuCrZrAg合金蠕變斷裂機(jī)制為韌性沿晶斷裂。綜上所述,低溫條件下(≤300℃)CuCrAg、CuCrZrAg合金均可作為CuCrZr合金的替代材料應(yīng)用,鑒于CuCrAg合金高溫性能較差,不建議在高溫下應(yīng)用;而利用Ag元素部分取代Zr元素,CuCrZrAg合金高溫性能與CuCrZr合金接近,高溫下可以部分替代CuCrZr合金。
【學(xué)位授予單位】：北京有色金屬研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TG146.11
【圖文】：

邐６７邐７．１９逡逑圖１．１為Ｃｕ－Ｃｒ二元合金相圖⑷。根據(jù)相圖可知，ＣｕＣｒ合金是一種典型的沉淀強(qiáng)逡逑化型銅合金，Ｃｒ元素在Ｃｕ中的溶解度極為有限，且伴隨溫度下降快速降低。研究結(jié)逡逑果表明，在時(shí)效過(guò)程中Ｃｒ相會(huì)從Ｃｕ基體逐漸析出，降低晶格畸變對(duì)電子傳輸帶來(lái)逡逑的不利影響，改善合金導(dǎo)電性，而分布在基體中的Ｃｒ相則可以起到阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的逡逑作用，提高合金力學(xué)性能。逡逑４逡逑

邐邐逡逑（４）火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)壁材料逡逑除受到冷卻通道壓力脈動(dòng)的作用，由于外壁剛性加強(qiáng)箍帶作用，液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)逡逑推力室（圖１．２）內(nèi)壁受熱膨脹時(shí)還會(huì)會(huì)承受一個(gè)較大的束縛力，因此內(nèi)壁通常處于逡逑塑性極限變形３％應(yīng)變范圍內(nèi)工作［３７］。火箭推力室內(nèi)壁材料需具備較高的抗氫脆能力、逡逑導(dǎo)熱系數(shù)以及耐疲勞、蠕變性能。因具備與氧良好的相溶性及高導(dǎo)熱性兩個(gè)特點(diǎn)，銅逡逑可以用作制造火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件基材，與氧的相溶性是全流循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)氧化劑所必須的，逡逑良好的導(dǎo)熱性主要用在推力室內(nèi)襯上。根據(jù)相關(guān)報(bào)道［３８］，美國(guó)航天部門(mén)研發(fā)的牌號(hào)為逡逑ＧＲＣｏｐ－８４的銅合金可用作火箭發(fā)動(dòng)機(jī)套筒及其他受熱部件。該合金具體組成為Ｃｕ－逡逑８Ｃｒ－４Ｎｂ（ｗｔ％），主要由純銅基體和１４Ｖｏｌ％的Ｃｒ２Ｎｂ顆粒組成。這種材料具備良好的逡逑加工特性，利用粉末冶金或鍛造工藝即可加工成復(fù)雜零件，試驗(yàn)結(jié)果表明在合理加工逡逑條件范圍內(nèi)，相關(guān)加工參數(shù)對(duì)材料性能不會(huì)產(chǎn)生太大影響。逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2713252