Cu-0.23Be-0.84Co合金热处理强化工艺及组织性能研究

发布时间：2017-08-28 06:07

  本文关键词：Cu-0.23Be-0.84Co合金热处理强化工艺及组织性能研究

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【摘要】：铍青铜合金是指铍含量为0.2%~2%(wt.)并添加少量镍或钴的铜基合金。作为一种典型的时效强化型合金,铍青铜经固溶时效处理后,可获得高的强度硬度、高的导电导热性、良好的耐磨抗蚀性和抗高温蠕变等综合性能,广泛应用于航空航天、国防军工、电力电子和石油化工等领域。目前,国内外研究人员对于实际应用中以高的强度性能(≥800MPa)为主导的高强铍青铜合金(含Be1.6%~2%(wt.))的相关研究较多,而对于铸轧辊、接插件等以高导电/热性能为主的高导铍青铜(含Be 0.2%~0.6%(wt.))的制备工艺、热处理特点及强化机制等方面的研究鲜有报道。本文以制备的Cu-0.23Be-0.84Co合金为研究对象,系统开展了该合金不同温度和时间条件下的固溶+时效处理工艺研究,并考察了冷变形后时效对合金组织和性能的影响;对不同工艺制备的合金的导电率、硬度、强度、抗电蚀等性能进行了测试,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM和HRTEM)等微观组织观察分析手段,研究了该合金的时效析出行为,初步探索了时效强化机制;并根据导电率变化与析出相转变比率的关系,建立了该合金的相变动力学方程和导电率方程,探索了时效析出转变机制。研究结果表明:Cu-0.23Be-0.84Co合金经950℃×1h固溶及后续460℃、480℃和500℃时效后,导电率和硬度在各个温度随时间变化趋势基本一致,时效0.5-1h时合金导电率和硬度急剧升高,1-4h缓慢增加,4-8h略有下降。其中,合金导电率经460℃、480℃和500℃时效4h的导电率均达到峰值,分别为71.4%IACS、71.6%IACS和69.8%IACS,合金硬度在3-4h后达到峰值,经460℃×4h时效峰值硬度为123HB,经480℃×3h和500℃×3h时效后峰值硬度分别为117HB和112.3H;微观组织变化表明:随着时效时间的延长,析出相结构特征发生明显改变,时效早期(0.5-2h)析出相主要为Be2Cu相,时效中期(4h)为Be Co相,此时合金出现峰值性能;时效8h时析出相再次变为Be2Cu相,说明出现析出相重溶现象,合金性能降低;Cu-0.23Be-0.84Co合金的时效强化机制以Orowan绕过机制为主;析出相的粗化行为符合LSW理论模型,粗化机制为扩散控制生长机制;根据导电率与析出相转变比率的关系,建立了Cu-0.23Be-0.84Co合金在不同温度下时效相变动力学Avrami经验方程和导电率方程,并在此基础上绘制了等温转变动力学曲线,揭示了合金时效析出转变机制为受扩散控制的反应机理;合金时效前经过一定量的冷变形,可有效提高其性能,在实验范围内,Cu-0.23Be-0.84Co合金经过950℃×1h固溶+50%冷变形+(460-480℃)×(3-4h)时效后可获得良好的性能,导电率为71.6-72.8%IACS,硬度为167-176HB;电接触试验结果表明:Cu-0.23Be-0.84Co合金铸态和固溶态抗电蚀性能较差,而拉拔态和时效态的接触表面平整、燃弧能量基本无变化且质量损耗量小,抗电蚀性能较好。
【关键词】：Cu-0.23Be-0.84Co合金 时效 性能 微观组织
【学位授予单位】：河南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG166.2;TG146.11
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 铍青铜合金概述9-12
• 1.1.1 铍青铜合金的性能特点10
• 1.1.2 铍青铜合金的应用10-12
• 1.1.3 合金元素对铍青铜性能的影响12
• 1.2 铍青铜合金的热处理12-15
• 1.2.1 铍青铜合金的固溶处理工艺特点12-14
• 1.2.2 铍青铜合金的时效处理工艺特点14-15
• 1.3 铍青铜合金国内外研究现状15-17
• 1.4 本课题主要研究内容17-19
• 第2章 试验过程19-23
• 2.1 材料制备及热处理试验过程19-20
• 2.2 相关性能测试及微观组织观察20-21
• 2.3 小结21-23
• 第3章 热处理工艺对Cu-0.23Be-0.84Co合金组织性能的影响23-43
• 3.1 时效处理对Cu-0.23Be-0.84Co合金组织性能的影响23-27
• 3.1.1 时效对Cu-0.23Be-0.84Co合金导电率和硬度的影响23-25
• 3.1.2 时效对Cu-0.23Be-0.84Co合金微观组织的影响25
• 3.1.3 不同制备工艺对Cu-0.23Be-0.84Co合金力学性能的影响25-27
• 3.2 Cu-0.23Be-0.84Co合金时效过程中析出相演变行为分析27-31
• 3.3 Cu-0.23Be-0.84Co合金的强化机制及粗化行为分析31-35
• 3.3.1 Cu-0.23Be-0.84Co合金时效强化机制分析31-33
• 3.3.2 Cu-0.23Be-0.84Co合金时效过程中的粗化行为分析33-35
• 3.4 Cu-0.23Be-0.84Co合金的时效析出动力学分析35-41
• 3.4.1 析出相转变比率及其计算36-37
• 3.4.2 析出相动力学方程及其计算37-40
• 3.4.3 析出转变机制研究40-41
• 3.5 小结41-43
• 第4章 形变时效对Cu-0.23Be-0.84Co合金组织及性能的影响43-48
• 4.1 试验过程43
• 4.2 形变时效对Cu-0.23Be-0.84Co合金性能的影响43-44
• 4.3 形变时效对Cu-0.23Be-0.84Co合金微观组织的影响44-46
• 4.4 Cu-0.23Be-0.84Co合金形变后的不连续析出46
• 4.5 小结46-48
• 第5章 Cu-0.23Be-0.84Co合金抗电蚀性能研究48-53
• 5.1 试验过程48
• 5.2 不同状态下Cu-0.23Be-0.84Co合金的电蚀形貌48-50
• 5.3 不同状态下Cu-0.23Be-0.84Co合金的燃弧能量50-51
• 5.4 不同状态下Cu-0.23Be-0.84Co合金的质量损耗量51-52
• 5.5 小结52-53
• 第6章 结论53-55
• 参考文献55-60
• 致谢60-61
• 攻读学位期间的研究成果61

【参考文献】

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本文编号：747377