冷变形和时效处理对含Y、Nd的Cu—Cr合金电导率及硬度的影响

昂ｊＪ雹弟６期　矿　冶　工　程　Ｖｏ１．３ｌ№６　２０１１年ｌ２月　ＭＩＮＩＮＧ　ＡＮＤ　ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　ＤｅＣｅｌＴｌｂｅｒ　２０１１　冷变形和时效处理对含Ｙ、Ｎｄ的Ｃｕ—Ｃｒ合金电导率　及硬度的影响①　周　堵　（宜春学院，江西宜春３３６０００）　摘要：为了达到提高铜基合金的强度而导电率无明显下降的目的，通过添加稀土元素、形变强化和时效处理等手段制备了　ｃｕ—Ｃｒ—ＲＥ合金。研究表明，ｃｕ—Ｃｒ—Ｎｄ／Ｙ合金随变形量的增大，导电率也增大。在４８０　ｏＣ，时效初期０—６　ｍｉｎ，合金的电导率迅速上　升，之后随着时效时间的增加合金的电导率没有明显变化。ｃｕ—Ｃｒ—Ｎｄ／Ｙ合金的硬度随Ｎｄ／Ｙ含量的增加而增加，时效时间６　ｍｉｎ左　右能达到较大的硬度。稀土有净化合金的作用，能：有效提高合金的硬度，Ｎｄ比Ｙ能更好地净化基体。　关键词：Ｃｕ—Ｃｒ合金；稀土元素；冷变形；时效处理；导电率；硬度　中图分类号：ＴＧ１４６．１　文献标识码：Ａ　文章编号：０２５３—６０９９（２０１１）０６一Ｏ１１３一Ｏ３　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　Ｃｏｌｄ　Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ａｇｉｎｇ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｎ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ａｎｄ　Ｈａｒｄｎｅｓｓ　ｏｆ　Ｃｕ．Ｃｒ　Ａｌｌｏｙ　ｗｉｔｈ　Ｙ　ａｎｄ　Ｎｄ　ＺＨＯＵ　Ｊｕｎ　（Ｙｉｃｈｕｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｃｈｕｎ　３３６０００，Ｊｉａｎｇｘｉ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｃｏｐｐｅｒ—ｂａｓｅ　ａｌｌｏｙｓ　ｗｉｔｈ　ｎｏ　ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔ　ｄｅｃｌｉｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，Ｃｕ—Ｃｒ—　ＲＥ　ａｌｌｏｙｓ　ｗｅｒｅ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ａｄｄｉｎｇ　ｒａｒｅ　ｅａｒｔｈ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ，ｓｔｒａｉｎ　ｈａｒｄｅｎｉｎｇ　ａｎｄ　ａｇｉｎｇ．Ｓｔｕｄｉｅｓ　ｈａｖｅ　ｓｈｏｗＤ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｎｄｕｃ—　ｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｕ—Ｃｒ—Ｎｄ／Ｙ　ａｌｌｏｙｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ａｔ　４８０℃，ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ａｇｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｏｆ　０—６　ｍｉｎ，　ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　ａ　ｒａｐｉｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｉｎ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｌｌｏｙ．Ａｆｔｅｒ　ｔｈａｔ，ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ａｇｉｎｇ　ｔｉｍｅ，ｔｈｅ　ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｌｌｏｙ　ｄｏｅｓ　ｎｏｔ　ｃｈａｎｇｅ　ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔｌｙ．Ｔｈｅ　ｈａｒｄｎｅｓｓ　ｏｆ　Ｃｕ－Ｃｒ－Ｎｄ／Ｙ　ａｌｌｏｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　Ｎｄ／Ｙ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ａｎｄ　ａｃｈｉｅｖｅ　ａ　ｇｒｅａｔｅｒ　ｖａｌｕｅ　ａｔ　ａｇｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｏｆ　６　ｒａｉｎ　ｏｒ　ＳＯ．Ｒａｒｅ　ｅａｒｔｈ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｃａｎ　ｐｕｒｉｆｙ　ｔｈｅ　ａｌｌｏｙ　ａｎｄ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｎｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ａｌｌｏｙ．Ｎｄ　ｉｓ　ｂｅｔｔｅｒ　ｔｈａｎ　Ｙ　ｉｎ　ｐｕｒｉ￣ｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍａｔｒｉｘ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｃｕ—Ｃｒ　ａｌｌｏｙｓ；ｒａｒｅ　ｅａｒｔｈ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ；ｃｏｌｄ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ａｇｉｎｇ；ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ；ｈａｒｄｎｅｓｓ　Ｃｕ．Ｃｒ系合金是目前广泛应用的高强高导材料之　质量分数），用ＺＧＪＬ００１—４０—４型真空中频感应炉进　一，前人对Ｃｕ—ｃｒ系合金的导电性能、力学性能进行过　行合金的熔炼，注成　ｃｍ×８　ｃｍ大小的铸锭试样　研究，但对添加稀土的Ｃｕ—ｃｒ合金的时效和冷变形机　棒。对所得到的试样棒进行固溶处理：加热到９８０℃　理的研究鲜见报道¨　。为此，本文通过添加稀土元　保温３　ｈ，然后经过油淬处理，再进行冷轧处理，得到板　素Ｙ、Ｎｄ制备了ｃｕ．Ｃｒ．Ｎｄ／Ｙ合金，观察其显微组织，　条状冷变形量为分别为７０％、９０％、９５％的试样。再　着重探讨了不同稀土含量的ｃｕ—Ｃｒ合金冷变形和时效　用ＳＸ２—４—１０箱式电阻炉进行时效处理，电阻炉中　处理对合金的导电性和力学性能的影响，以达到提高　加热到４８０℃后分别保温３、６、１２、１８、２４、３０、４５和６０　铜基合金的强度而导电率无明显下降的目的。　ａｒｉｎ。将经过时效处理的合金进行金相制样：取样（取　ｌ试验原料与试验方法　压轧过的薄ｃｕ合金片）一镶嵌（用酚醛树脂粉在ＸＱ　一２Ｂ型镶嵌机上镶嵌）一磨光（用０　，２　，４　，６　砂纸打　试验原料为电解铜（质量分数为９９．９９％），稀土　磨）一抛光（用ＭＰ一２型金相试样磨抛机抛光，用氧化　金属Ｎｄ／Ｙ（质量分数为９９．９９％），纯ｃｒ颗粒。试验　铝抛光粉液）一浸蚀（腐蚀剂为ＦｅＣ１　＋ＨＣ１溶液，腐蚀　采用真空熔铸技术制备Ｃｕ－０．８％Ｃｒ、Ｃｕ－Ｏ．８％Ｃｒ．ＲＥ　时间大约３Ｏ　ｓ）。最后采用金相法观察合金在室温下　（ＲＥ＝０．０５％Ｎｄ／Ｙ、０．１％Ｎｄ／Ｙ）合金（元素含量均为　的组织，研究比较不同热处理条件对试样组织的影响。　①收稿日期：２０１１－０６－２４　作者简介：周瑁（１９７７一），女，江西九江人，硕士，主要从事铜合金方面的研究。　１１４　矿冶工程　第３１卷　用ＨＸＳ一１０００ＡＫ显微硬度计测量试样的显微硬度，　并计算维氏硬度ＨＶ。．　；用７５０１型涡流电导仪测量电　导率；用金相显微镜观察显微组织。　２试验结果与讨论　２．１试样的硬度和导电率　变形量为７０％时试样硬度和电导率见表１—２。　表１变形量为７（】％时Ｃｕ－０．８Ｃｒ－０．０５Ｎｄ／Ｙ试样的硬度和电导率　表２变形量为７０％时Ｃｕ－０．８Ｃｒ－Ｏ．１Ｎｄ／Ｙ试样的硬度和电导率　由表１可知，Ｃｕ－０．８Ｃｒ－０．０５Ｎｄ合金的整体硬度　和导电率要比Ｃｕ－０．８Ｃｒ合金大，在时效时间为６　ｍｉｎ　时，硬度达到最大值。出现这种情况是因为时效初期　析出相与基体保持共格关系，使基体内产生大量点阵　畸变，所以硬度会先显著的上升，而后随着时效时间的　延长，析出相长大且与基体共格关系遭到破坏，点阵畸　变程度降低，硬度逐渐开始下降。　Ｃｕ－０．８Ｃｒ－０．０５Ｙ合金的整体硬度和导电率也随　着时效的增长而增加。　Ｃｕ－０．８Ｃｒ－０．０５Ｎｄ合金和Ｃｕ－０。８Ｃｒ－０．０５Ｙ合金的　硬度和导电率在形变量为７０％时区别不大。　由表２可知，稀土添加量提高到０．１％后，Ｃｕ—ｃｒ－　０．１Ｙ合金的导电率明显好于Ｃｕ—Ｃｒ－０．１Ｎｄ，而ｃｕ—ｃｒ一　０．１Ｎｄ合金的硬度却大于Ｃｕ—Ｃｒ－０．１Ｙ合金。这可能与　Ｙ实际添加到基体中的原子分数高于Ｎｄ的原子分数有　关，因为稀土的加入量是按照质量分数来计算的。　变形量为９ｏ％时试样的硬度和电导率见表３—４。　表３变形量为９ｏ％时Ｃｕ－０．８Ｃｒ－Ｏ．０５Ｎｄ／Ｙ试样的硬度和电导率　表４变形量为９０％时Ｃｕ－０．８Ｃｒ－０．１Ｎｄ／Ｙ试样的硬度和电导率　由表３可知，当稀土含量为０．０５％时，Ｃｕ－０．８Ｃｒ一　０．０５Ｎｄ／Ｙ试样硬度和电导率相差不大。　由表４可知，添加量提高到０．１％后，Ｃｕ—Ｃｒ－０．１Ｙ　合金的导电率又明显好于Ｃｕ—Ｃｒ－０．１Ｎｄ，而ｃｕ—ｃｒ’　０．１Ｎｄ合金的硬度却大于Ｃｕ—Ｃｒ－０．１Ｙ合金。　变形量为９５％时试样的硬度和电导率见表５和表６。　由表５可知，当稀土含量为０．０５％时，Ｃｕ－０．８Ｃｒ一　０．０５　Ｎｄ／Ｙ试样硬度和电导率相差不多。　由表６可知，当稀土含量为０．１％时，Ｃｕ－０．８Ｃｒ一　０．０５Ｎｄ／Ｙ试样的硬度和电导率也相差不大。　表５变形量为９５％时Ｃｕ－０．８Ｃｒ－０．０５Ｎｄ／Ｙ试样的硬度和电导率　第６期　周瑁：冷变形和时效处理对含Ｙ、Ｎｄ的Ｃｕ．ｃｒ合金电导率及硬度的影响　表６变形量为９５％时Ｃｕ－０．８Ｃｒ－０．１Ｎｄ／Ｙ试样的硬度和电导率　形变为扁平形或长条形。时效足够长时，会出现纤维　不同合金铸态时显微硬度及导电率数据见表７。　表７试样铸态时的测试数据　综合比较表ｌ～７可知，合金冷变形后的硬度相对　铸态的硬度有大幅度提高。而且合金在时效前的变形　量越大，则合金的硬度值就越大，当时效时间在０—６　ｍｉｎ之间时，硬度随时效时间增长逐渐增大，在６　ｒａｉｎ　时达到最大值。以后随着时效时间的增长逐渐下降。　其中含Ｎｄ合金的整体硬度值较含Ｙ合金的大。　随着变形量的增大，导电率增大；随着时效时间的　增长，导电率呈上升趋势。而且在时效过程的前期　０～６　ｒａｉｎ，导电率迅速上升，而之后上升比较缓慢。　当合金Ｎｄ含量为０．０５％时，与Ｃｕ．ｃｒ合金的导　电率相差不大，但当Ｎｄ含量达到０．１％时，合金的导　电率有明显的下降。而含量为０．０５％Ｙ、０．１％Ｙ的　ｃｕ—ｃｒ合金的导电率没有显著变化。这是因为少量的　稀土具有脱氧和净化基体及晶界作用，但过量时，稀土　元素本身就成为了杂质，对合金的电子有散射作用，故　电导率反而下降。　Ｙ和Ｎｄ的添加量在０．０５％时，对基体合金的导　电率影响相当，但添加量提高到０．１％后，Ｃｕ—Ｃｒ－０．１Ｙ　合金的导电率明显好于Ｃｕ—Ｃｒ－０．１Ｎｄ，这可能与Ｙ实　际添加到基体中的原子分数高于Ｎｄ的原子分数　有关。　２．２试样的显微组织　不同形态的Ｃｕ－０．８Ｃｒ－０．０５Ｙ合金的显微组织见　图１。由图１可知，在变形量为９０％时，时效时间增　加，原来的等轴晶粒沿延伸方向逐渐伸长，晶粒由多边　组织。　图１　Ｃｕ－０．８Ｃｒ　．０５Ｙ的显微组织　（ａ）未时效，未变形；（ｂ）未时效，９ｏ％变形；　（ｃ）变形９０％时效１２　ａｒｉｎ；（ｄ）变形９０％时效６０　ａｒｉｎ　３　结　语　１）ｃｕ—Ｃｒ—Ｎｄ／Ｙ合金随着变形量的增大，导电率　也增大。在恒温４８０℃时效初期０～６　ｒａｉｎ左右，合金　的电导率迅速上升，之后随着时效时间的增加合金的　电导率不会显著变化。　２）Ｃｕ—Ｃｒ．Ｎｄ／Ｙ合金的整体硬度随Ｎｄ／Ｙ含量的　增加而增加。时效时间６　ｍｉｎ左右能达到较大的硬　度。相同状态下Ｃｕ－Ｃｒ—Ｎｄ／Ｙ合金比纯Ｃｕ—ｃｒ合金硬　度高。　３）结合ｃｕ—Ｃｒ—Ｎｄ／Ｙ合金的导电率和硬度的变化　规律可知，在时效６　ｍｉｎ左右，硬度和导电率性能达到　最佳结合。　４）稀土有净化合金的作用，能有效提高合金的硬　度，Ｎｄ具有比Ｙ好的净化基体的作用。稀土的加入　要适量，本试验中Ｃｕ—Ｃｒ－０．１Ｎｄ合金的导电率要比　Ｃｕ－Ｃｒ－０．０５　Ｎｄ，Ｊ、很多。　参考文献：　［１］曹昱，刘锦文，易丹青，等．微合金化与形变热处理对铜基弹　性合金组织性能的影响［Ｊ］．矿冶工程，２００１（３）：８６—８９．　［２］刘平，曹兴国，康部熙，等．时效处理对快速凝固ｃｕ—ｃｒ．ｚｒ合金　组织和性能的影响［Ｊ］．有色金属，１９９９，５１（１）：７Ｏ一７３．　［３］　帅歌旺，张萌．高强度高导电铜合金弥散强化铜形变铜基复合　材料［Ｊ］．特种铸造及有色合金，２００５，２５（９）：５３４—５３７．　［４］　杜挺．稀土元素在金属材料中的作用和机制［Ｊ］．金属功能材　料，１９９６，３（３）：８１—８５．