新型高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Ag-Cr合金的組織性能及時(shí)效動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、隨著電氣化列車向高速、重載的發(fā)展,對(duì)接觸線的材質(zhì)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(qiáng)度大于550MPa,導(dǎo)電率大于80﹪IACS,300℃保溫2h后的抗拉強(qiáng)度下降率不大于10﹪,同時(shí)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(shè)計(jì)了新型高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Ag-Cr系合金,所設(shè)計(jì)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(duì)比研究表明,微量Cr的加入可使合金強(qiáng)度大大提高,并有效抑制退火過程中Cu-0.1Ag合金的再結(jié)晶；微量的Ag能明顯抑制Cu-Cr合金過時(shí)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(dǎo)電率分別可達(dá)162HV和82﹪IACS,抗拉強(qiáng)度達(dá)594MPa,在30032保溫2b后的抗拉強(qiáng)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(qiáng)高導(dǎo)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(dòng)態(tài)電阻法研究了Cu-Ag-Cr合金的相變動(dòng)力學(xué).采用自行設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)電阻測(cè)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(shí)效時(shí)相對(duì)電阻率隨時(shí)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(shí)效時(shí)相對(duì)電阻率與時(shí)間的數(shù)學(xué)模型；并對(duì)Cu-Ag-Cr合金在連續(xù)冷卻過程的析出相體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行了計(jì)算,建立了合金的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)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(yùn)用Visual Electron Crystangraphv(VEC)技術(shù)研究了析出相與Cu基體之間的共格、半共格關(guān)系及共格失配.結(jié)果表明:合金在440℃～520℃時(shí)效時(shí),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(jì)算共格失配的臨界尺寸為12.5nm；并在此基礎(chǔ)上分析了合金的時(shí)效強(qiáng)化機(jī)制,時(shí)效初期,合金的強(qiáng)化方式以共格強(qiáng)化為主,利用位錯(cuò)理論所計(jì)算Cu-Ag-

5、Cr合金在480℃時(shí)效2h的屈服強(qiáng)度增量與實(shí)驗(yàn)值接近,而在過時(shí)效條件下,以O(shè)rowan機(jī)制強(qiáng)化合金. 通過透射電鏡、圖像分析和統(tǒng)計(jì)分析等手段,首次分析了Cu-Ag-Cr合金時(shí)效析出相的長大粗化行為及其分布規(guī)律.結(jié)果表明:在480℃時(shí)效時(shí),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(guān)系,表明Cr相的長大粗化過程為擴(kuò)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(shí)效析出與再結(jié)晶的交互作用及其對(duì)合金組織與性能的影響. 發(fā)現(xiàn)在時(shí)效初期析出的彌散細(xì)小的析出相阻礙了再結(jié)晶過程的進(jìn)行,Cu-Ag-Cr合金的再結(jié)晶通過原位再結(jié)晶和不連續(xù)再結(jié)晶兩種方式進(jìn)行,原位再結(jié)晶使得合金析出相比較細(xì)小,合金保持較高的硬度；而不連續(xù)再結(jié)晶使合金硬度迅速下降,在再結(jié)晶晶界遷移的前沿析出相也快速粗化. Cu-Ag-Cr合金經(jīng)預(yù)時(shí)效+冷變形后的二次時(shí)效過程中

7、,預(yù)時(shí)效對(duì)合金二次時(shí)效強(qiáng)化效應(yīng)產(chǎn)生顯著的影響,440℃×8h預(yù)時(shí)效最為明顯,強(qiáng)化效應(yīng)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(shí)驗(yàn)機(jī)對(duì)Cu-Ag-Cr合金和Cu-Ag合金材料的滑動(dòng)磨損行為進(jìn)行對(duì)比研究.結(jié)果表明:由于Cr的時(shí)效析出強(qiáng)化作用,高強(qiáng)高導(dǎo)的Cu-Ag-Cr合金的磨損性能相對(duì)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(dòng)條件下,Cu-Ag-Cr合金的磨損主要為粘