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本课题通过对Cu-Cr-Zr合金进行成分设计以及微量元素Nb的添加,探索Nb元素对合金组织和性能的影响。研究固溶、时效和冷变形处理对合金组织和性能的影响,确定合金的最佳热处理工艺。实验结果主要有以下几点: (1)Cu-Cr-Zr合金的铸态组织呈枝晶形态。合金基体分为三部分:富Cu相、富Cr相(Cu-Cr共晶组织)以及富Zr相。随着zr含量增加,合金中富zr析出相(Cu-Zr共晶组织)增多。合金在960℃×60min固溶处理后枝晶偏析减弱,且粗大的共晶组织减少。 (2)在时效过程中,随着时效温度的升高,合金组织中先出现细小的折出相,随后析出相长大,温度达到560℃以上时,出现回溶。随着Zr含量的增加,合金晶界处的析出相增多。Cu-1.0Cr-0.25Zr合金在480℃时效120min存在细小弥散分布的Cr相、CuZr3相和Cu5Zr相,以及粗大的Cr相。 (3)Cu-1.0Cr-xZr(x=0.25,0.3)合金经过固溶和时效处理后,硬度和导电率有显著提升,且随着Zr含量增加,硬度值增大,导电率减小。在480℃时效,Cu-1.0Cr-0.25Zr含金峰值硬度为115HB,导电率为81.03%IACS,Cu-1.0Cr-0.3Zr合金峰值硬度为133HB,导电率为58.82%IACS。综合考虑后,选取最佳成分为Cu-1.0Cr-0.25Zr合金,时效工艺为480℃×120min。 (4)添加Nb后合金组织仍是树枝晶,但随着Nb含量增加,组织细化。固溶处理后,枝晶偏析减弱,大量合金元素固溶进基体中。时效处理后,基体析出相除了Cu-1.0Cr-0.25Zr合金中的析出相外,还有大量球状析出相(Cr2Nb)。 (5)Cu-1.0Cr-0.25Zr-rNb(x=0,0.08,0.14,0.2)合金经固溶时效处理后,硬度和导电率明显增加。随着时效时间延长,硬度先增加后减小,导电率先快速增加后趋于稳定。Cu-1.0Cr-0.25Zr-0.14Nb合金硬度为152HB,导电率为82.76%/IACS。在520℃时效处理,合金的时效析出动力学符合Avrami经验方程。 (6)Cu-1.0Cr-0.25Zr0.14Nb合金冷变形处理,随后进行不同温度时效处理发现:合金硬度大幅度提高,导电率略有降低。随着时效温度升高,合金到达峰值强度所需时间减少;在较高温度下时效,随着时效时间延长,合金出现回复再结晶。同时,添加Nb可以提高Cu-1.0Cr-0.25Zr合金的软化温度。