高强高导铜合金的生产工艺及性能研究

摘要

随着现代工业的飞速发展，对高强度、高硬度、耐热、耐磨、导热的铜合金的需求越来越迫切。这类合金广泛应用于引线框架材料、高速电力机车架空导线、电接触头和焊接材料、发电机组、锅炉衬料等。目前要求该类材料在满足其使用强度的前提下，尽量提高材料的电导率(80％IACS以上)。 本文采用将合金元素直接加入有芯工频感应电炉的方法熔炼高强高导铜合金，既降低了成本又提高了生产效率，满足了工业化大生产的要求。采用立式半连续铸造和快速水冷的方法获得φ150ram×5000mm的连铸棒材；采用反向水封挤压工艺得到热挤压棒材；再经过冷拔得到高强高导铜合金成品材。 本文采取固溶、时效、冷拔相结合的工艺，研究了时效温度和保温时间对一种新型的高强高导Cu-Zr-Te合金和Cu-Zr-Cr合金的硬度和导电性的影响。结果表明：无论是采用固溶预处理还是固溶加冷拔预处理，两种高强高导铜合金的硬度都随时效温度升高和保温时间延长先逐渐升高，达到峰值硬度后再缓慢降低。在相同时效温度和保温时间，固溶预处理的时效硬度低于固溶加冷拔预处理的时效硬度，Cu-Zr-Cr合金的硬度高于Cu-Zr-Te合金的硬度。无论采用何种预处理工艺，两种高强高导铜合金的导电率都随时效温度升高和保温时间延长而逐渐升高，在相同处理工艺条件下，新型高强高导Cu-Zr-Te合金的电导率总是高于Cu-Zr-Cr合金的电导率。扫描电镜观察发现，Cu-Zr-Te合金在时效过程中析出了含有Zr、Te、Cu的金属间化合物，这是该合金出现析出硬化的原因。 本文还研究了各种高强高导铜合金在400℃和500℃的空气中的周期氧化行为，研究结果表明，几种高强高导铜合金的抗氧化性的高低顺序为：Cu-Zr-As、Cu-Zr-Cr、Cu-Zr-Te、Cu-Te、Cu-Te-La、Cu。XRD分析表明，氧化皮主要由Cu<,2>O和CuO组成。Zr、Cr、As和Te通过不同机制提高了铜的抗氧化性。本文最后研究了四种处理状态的新型高强高导Cu-Zr-Te合金在M200型磨损试验机上与GCr15轴承钢圆环进行滑动摩擦的磨损行为。研究表明：Cu-Zr-Te合金的硬度越高，其耐磨性越好，载荷越大磨损越严重。该合金耐磨性高低顺序为·：固溶+冷拔+峰值时效硬化处理、固溶+冷拔处理、固溶+峰值时效硬化处理、固溶处理。扫描电镜观察发现，Cu-Zr-Te合金的磨损表面不但存在擦伤、结疤和犁沟而且还有铁和氧，此说明新型高强高导Cu-Zr-Te合金的磨损机理是：粘着磨损、磨料磨损和氧化磨损。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2铜及铜合金的分类

1.3青铜

1.4高强高导铜合金发展状况

1.4.1获得高强高导电铜合金的方法

第二章 新型高强高导Cu-Zr-Te合金的生产工艺

2.1.Cu-Zr-Te合金的熔炼工艺

2.1.1配料

2.1.2设备

2.2 Cu-Zr-Te合金的铸造

2.2.1立式半连续铸造

2.2.2.铸造工艺

2.3 Cu-Zr-Te合金的挤压

2.3.1挤压方法

2.3.2挤压法的优缺点

2.3.3在挤压过程中金属的流动性

2.3.4挤压方式的选定

2.3.5挤压工艺

2.4 Cu-Zr-Te合金的冷拔工艺

2.4.1合金的变形区

2.4.2金属的流动特性

2.4.3拉拔模具

2.4.4变形量

第三章新型高强高导铜合金的时效特性的研究

3.1试验方法

3.1.1合金的成分

3.1.2热处理及性能检测

3.2试验结果

3.2.1固溶态合金时效特性

3.2.2冷加工对合金时效特性的影响

3.3讨论

3.3.1时效处理提高了合金硬度

3.3.2时效处理提高了合金电导率

3.4本章小结

第四章高强高导铜合金的抗氧化性能研究

4.1实验方法

4.1.1化学成分

4.1.2氧化实验

4.2实验结果

4.2.1实验数据

4.3、讨论

4.4本章小结

第五章新型高强高导Cu-Zr-Te合金的磨损行为研究

5.1实验方法

5.1.1合金的成分和性能

5.1.2试样的制备

5.2实验结果

5.3讨论

5.4本章小结

第六章全文结论

参考文献

攻读硕士学位期间公开发表的论文

致谢