高速电报导化列车高强高导接触线用Cu-Cr-Zr合金组织和性能

摘要

本文采用冷变形结合中间热处理方法制备了不同Zr及Mg元素含量的Cu-0.4wt.％Cr-0.02 wt.％Si合金,通过研究不同元素含量的Cu-0.4 wt.％Cr-0.02wt.％Si合金在不同变形量下的组织形态、强度以及电导率,分析了Zr、Mg元素对合金力学性能和电学性能的影响,进而优化合金成分。在此基础上,进一步对比不同热处理工艺参数对合金组织以及性能的影响,进一步优化合金的热处理工艺。选取最优成分采用最优热处理工艺研究了冷拉拔对Cu-0.4 wt.％Cr-0.12 wt.％Zr-0.02wt.％Si-0.05wt.％Mg合金组织性能的影响以及合金强变形下的热稳定性,探讨了合金的强度、位错密度以及储存能三者之间的关系。
　　 四种试验合金的抗拉强度均随变形程度的增加而增加,添加Zr元素的合金抗拉强度始终高于不含Zr元素的合金,且强度上升幅度比较大。Mg元素也表现出一定的强化作用,但强化效果低于Zr元素。随变形量增加,四种合金的相对电导率大致呈下降趋势。Zr元素对合金电导率的损害作用随变形量的增加而增加,在η=6.1时,可使电导率下降约7.2％IACS。Mg元素对相对电导率的影响比较稳定,并没有随变形量的增加有明显的改变,基本使电导率波动幅度在(2～3)％IACS。
　　 将η=1.8的四种试验合金在500℃C进行等温退火处理,四种试验合金的显微硬度均随退火时间的延长先增大而后减小并在经过1 h退火处理后达到峰值,添加Zr元素的合金显微硬度始终高于不合Zr元素的合金,且硬度下降的幅度小于不含Zr元素的合金。四种试验合金的相对电导率均随退火时间延长先剧烈增加而后缓慢增加,且均在经过1h退火处理后增加的幅度达到最大值。
　　 在拉拔应变比小于6.7范围内,随着变形程度的增加,Cu-0.4 wt.％Cr-0.12wt.％Zr-0.02 wt.％Si-0.05 wt.％Mg合金晶粒逐渐细化,纤维状晶粒的最小晶粒尺寸约为490 nm.晶体取向逐渐背离完全退火态晶体取向,并逐渐形成<111>织构。合金的屈服强度、微应变、位错密度以及储存能随变形量增加而增加。通过热分析,计算了不同变形量合金的储存能并进一步估算合金的位错密度和屈服强度。合金储存能的释放主要是由于位错密度的降低。当变形量6.7≤η≤7.4时,Cu晶粒会有一定程度的粗化同时对应着屈服强度、位错密度、微应变和储存能的降低,这说明Cu-0.4 wt.％Cr-0.12 wt.％Zr-0.02wt.％Si-0.05 wt.％Mg合金在这此变形程度下发生动态回复再结晶。
　　 将Cu-0.4 wt.％Cr-0.12 wt.％Zr-0.02 wt.％Si-0.05 wt.％Mg合金在不同温度下退火1 h,随着退火温度升高,纤维状的Cu晶粒逐渐被粗大的等轴晶替代。在这一过程中,硬度、微应变、屈服强度和电阻率逐渐下降。随着退火温度升高,拉拔态合金晶体取向逐渐接近完全退火态晶体取向,纵横截面硬度差值逐渐降低。储存能的释放主要由于位错密度降低,合金主要的强化机制为位错强化。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 铜合金接触线材料发展现状

1.3 获得高强高导铜合金的途径

1.4 接触线用高强高导Cu-Cr-Zr系合金

1.4.1 Cu-Cr-Zr系合金的制备技术

1.4.2 合金元素对Cu-Cr-Zr合金性能的影响

1.4.3 形变热处理对Cu-Cr-Zr系合金性能的影响

1.5 本文主要研究内容

1.6 存在的问题与展望

第二章 实验方法

2.1 试样制备

2.2 显微组织观察

2.3 力学与电学性能测试

2.4 DSC测试

2.5 晶体结构测试

第三章 Cu-0.4 wt.%Cr-0.02 wt.%Si合金成分及热处理工艺的优化

3.1 引言

3.2 合金成分的优化

3.2.1 试验合金显微组织的演变

3.2.2 Zr和Mg元素对Cu-0.4.wt.%Cr-0.02 wt.%Si强度影响

3.2.3 Zr和Mg元素对Cu-0.4 wt.%Cr-0.02 wt.%Si相对电导率的影响

3.3 Cu-0.4 wt.%Cr-0.12 wt.%Zr-0.02 wt.%Si-0.05 wt.%Mg热处理工艺的优化

3.3.1 合金退火时间的优化

3.3.2 合金退火温度的优化

3.3.3 固溶处理工艺对合金组织的影响

3.3.4 固溶处理工艺对合金晶体结构的影响

3.3.5 固溶处理工艺对合金强度的影响

3.3.6 固溶处理工艺对合金电导率的影响

3.4 本章小结

第四章 冷拉拔对Cu-0.4wt.%Cr-0.12 wt.%Zr-0.02 wt.%Si-0.05 wt.%Mg合金组织和性能的影响

4.1 引言

4.2 冷拉拔对合金显微结构演变的影响

4.3 合金的显微组织

4.4 冷拉拔对合金强度的影响

4.5 冷拉拔对合金热稳定的影响

4.6 本章小结

第五章 强变形Cu-0.4 wt.%Cr-0.12 wt.%Zr-0.02 wt.%Si-0.05 wt.%Mg合金的热稳定性

5.1 引言

5.2 热处理对合金显微组织的影响

5.3 热处理对合金微观结构演变的影响

5.4 热处理对合金显微硬度的影响

5.5 合金的热稳定性

5.6 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间发表的学术论文与取得的其他研究成果