李積賢，劉 東，張九海，汪 凱，焦紅忠，候繼銀

(1. 寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司，寧夏 石嘴山 753000； 2. 國(guó)家鉭鈮特種金屬材料工程技術(shù)研究中心，寧夏 石嘴山 753000；3. 西北工業(yè)大學(xué) 材料學(xué)院，陜西 西安 710072)

C18150合金固溶熱處理工藝研究

李積賢1,2，劉 東3，張九海1，汪 凱1，焦紅忠1，候繼銀1

(1. 寧夏東方鉭業(yè)股份有限公司，寧夏 石嘴山 753000； 2. 國(guó)家鉭鈮特種金屬材料工程技術(shù)研究中心，寧夏 石嘴山 753000；3. 西北工業(yè)大學(xué) 材料學(xué)院，陜西 西安 710072)

研究了C18150合金在不同固溶溫度下的力學(xué)性能、導(dǎo)電率和顯微組織變化。結(jié)果表明：經(jīng)960℃固溶處理后，合金塑性良好，導(dǎo)電率降至37.89%IACS，組織呈等軸晶、基本沒(méi)有第二相，合金達(dá)到了較為理想的固溶效果。

C18150合金；固溶工藝；力學(xué)性能；導(dǎo)電率；顯微組織

0 前 言

C18150合金屬于Cu-Cr-Zr合金，因具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性以及優(yōu)良的耐磨性和耐熱性能，被大量應(yīng)用于制造汽車用自動(dòng)焊機(jī)的電極材料，以及在高溫環(huán)境工況下的零部件[1]，近年來(lái)也用來(lái)制作高壓開關(guān)的螺旋彈簧觸指部件。Cu-Cr-Zr合金是一種時(shí)效析出強(qiáng)化型合金，為了獲得較好的析出強(qiáng)化效果，同時(shí)進(jìn)一步消除合金成分偏析和恢復(fù)塑性以實(shí)現(xiàn)后續(xù)大變形量的軋制和拉拔等塑性加工，必須選擇合適的固溶溫度。

本文對(duì)該合金擠壓態(tài)棒材進(jìn)行了性能和組織分析，研究了不同固溶溫度對(duì)合金棒材力學(xué)性能、導(dǎo)電率和顯微組織的影響，旨在獲得適宜的固溶熱處理溫度參數(shù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)材料是用水平連續(xù)鑄造制成的直徑φ180 mm的鑄錠、經(jīng)熱擠壓獲得的直徑為φ36 mm的棒材，合金的化學(xué)成分見表1。

表1 C18150合金的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/%

1.2實(shí)驗(yàn)方法

借鑒相關(guān)文獻(xiàn)，選擇了900℃、930℃、960℃和990℃ 4種固溶溫度[2]。固溶時(shí)間借鑒企業(yè)常用鈹青銅合金棒材固溶加熱制度中的計(jì)算方式：加熱時(shí)間T=(棒材直徑×1.5+8～10)分鐘，固溶設(shè)備選用箱式電阻加熱爐，控溫精度±5℃，冷卻方式為水淬。在論證確定的固溶溫度適用性時(shí)，選擇了將φ36 mm擠壓棒材拉拔至φ7 mm的成品棒材和拉拔至φ2.5 mm的成品絲材。

1.3實(shí)驗(yàn)設(shè)備

WDW-100D微機(jī)控制電子式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上；HVS-1000型顯微硬度計(jì)上(載荷0.98N)；QJ44型直流雙臂電橋測(cè)量?jī)x；OLYMPUS GX51光學(xué)顯微鏡。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1擠壓態(tài)棒材的組織和性能

圖1為C18150合金未經(jīng)固溶熱處理的φ36 mm擠壓態(tài)棒材的顯微組織。

圖1 擠壓態(tài)棒材的顯微組織

可以看出，未經(jīng)固溶熱處理的擠壓態(tài)棒材組織具有一定流動(dòng)方向性；晶粒細(xì)小、比較均勻，平均晶粒尺寸0.015 mm；合金中有明顯的第二相，可能是棒材在擠壓后的空冷中有部分Cr粒子和Cu-Zr化合物析出。

表2所列為C18150合金未經(jīng)固溶熱處理的φ36 mm擠壓態(tài)棒材的拉伸性能和導(dǎo)電率?？梢钥闯觯摵辖鹞唇?jīng)固溶熱處理的擠壓態(tài)的抗拉強(qiáng)度偏低，在260 MPa左右；擠壓態(tài)的塑性較好，延伸率在40%以上；導(dǎo)電率在70%左右，據(jù)文獻(xiàn)介紹，C18150合金當(dāng)固溶效果比較理想時(shí)，導(dǎo)電率應(yīng)低于45%，故還需要進(jìn)一步固溶熱處理[3]。

表2 擠壓態(tài)棒材的拉伸性能和導(dǎo)電率

2.2固溶溫度對(duì)合金性能的影響

圖2為C18150合金φ36 mm擠壓態(tài)棒材經(jīng)不同固溶溫度(保溫64 min)處理后的性能趨勢(shì)圖。

圖2 不同溫度固溶處理后的性能趨勢(shì)圖

從圖中可以看出，隨著固溶溫度的升高，C18150合金的強(qiáng)度、硬度有所升高，延伸率有所下降，在960℃固溶處理時(shí)，出現(xiàn)硬度最高值HV78；并且導(dǎo)電率隨著固溶溫度的升高而持續(xù)下降，在960℃固溶處理時(shí)導(dǎo)電率降至37.89%IACS。這是因?yàn)椋篊r和Zr溶質(zhì)元素在Cu基體內(nèi)的溶解度隨著固溶溫度的升高而增加，這些溶質(zhì)原子對(duì)基體中位錯(cuò)的“釘扎”作用得到了加強(qiáng)，繼而增大了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，使合金的強(qiáng)度和硬度升高、延伸率下降；同時(shí)，基體中溶質(zhì)元素的增多阻礙了合金內(nèi)部自由電子的運(yùn)動(dòng)，使合金的電阻增大，導(dǎo)電率下降。

960℃之后，隨著固溶溫度的升高，晶粒長(zhǎng)大，使合金的硬度有所降低；溶質(zhì)元素進(jìn)一步固溶進(jìn)入基體中，導(dǎo)電率則緩慢降低。

由此，可以初步認(rèn)為C18150合金適宜的固溶溫度為960℃，此時(shí)合金塑性良好，可以進(jìn)一步進(jìn)行冷加工；且導(dǎo)電率低于45%，這也符合相關(guān)資料的介紹。

2.3固溶溫度對(duì)合金顯微組織的影響

圖3為C18150合金φ36 mm擠壓態(tài)棒材經(jīng)不同固溶溫度(保溫64 min)處理后的的顯微組織。可以看出，在不同溫度固溶后C18150合金組織形態(tài)呈“回復(fù)→再結(jié)晶→晶粒長(zhǎng)大”的變化趨勢(shì)，從圖3(a)和(b)中可以明顯的看到，在900℃和930℃固溶時(shí)C18150合金組織仍然具有一定金屬流動(dòng)方向性，基體中還有很多第二相，而且很多分布在晶界，這些分布在晶界的第二相使晶界趨于穩(wěn)定，這可能也是導(dǎo)致合金晶粒比較細(xì)小的原因[4]。隨著固溶溫度的升高，溶質(zhì)元素越來(lái)越多的固溶于基體中，960℃固溶時(shí)，組織基本呈等軸晶，C18150合金中基本沒(méi)有第二相，見圖3(c)；990℃固溶時(shí)，晶粒呈現(xiàn)長(zhǎng)大趨勢(shì)，見圖3(d)。

(a) 900℃；(b) 930℃；(c) 960℃；(d) 990℃

從以上材料顯微組織觀察，也可以確定C18150合金適宜的固溶溫度為960℃，此時(shí)組織基本呈等軸晶，合金中基本沒(méi)有第二相，為后續(xù)進(jìn)行塑性形變創(chuàng)造了良好的組織條件。

2.4固溶溫度適宜性驗(yàn)證

圖4為C18150合金φ36 mm擠壓態(tài)棒材經(jīng)拉拔加工到φ7 mm和φ2.5 mm成品后，經(jīng)960℃固溶處理后的顯微組織?？梢钥闯?，組織呈等軸晶，合金中基本沒(méi)有第二相。導(dǎo)電率測(cè)試分別為41.84%IACS和42.28%IACS，小于45%IACS。這也說(shuō)明，C18150合金采用960℃的固溶溫度是合理的。

(a) φ7 mm；(b) φ2.5 mm

3 結(jié) 論

1)隨著固溶溫度的升高，C18150合金的強(qiáng)度、硬度有所升高，延伸率有所下降；在960℃時(shí)，合金出現(xiàn)硬度最高值HV78；然后隨著溫度升高，晶粒長(zhǎng)大，強(qiáng)度、硬度有所下降。

2)隨著固溶溫度的升高，C18150合金的導(dǎo)電率持續(xù)下降，在960℃時(shí)導(dǎo)電率降至37.89%IACS。

3)隨著固溶溫度的升高，合金組織形態(tài)呈“回復(fù)→再結(jié)晶→晶粒長(zhǎng)大”變化趨勢(shì)。960℃固溶時(shí)，組織基本呈等軸晶，合金中基本沒(méi)有第二相；990℃固溶時(shí)，晶粒長(zhǎng)大明顯。

4)綜合分析表明，本實(shí)驗(yàn)C18150合金最佳的固溶溫度為960℃。

[1] 劉關(guān)強(qiáng). 銅—鉻—鋯合金(C18150)棒材新工藝的研究[J]. 有色金屬加工, 2011(2): 8-9.

[2] 葉權(quán)華, 劉平，劉勇，等. 固溶溫度對(duì)Cu-Cr-Zr-RE合金性能和組織的影響[J]. 金屬熱處理, 2005(30): 218-220.

[3] 白常厚, 劉關(guān)強(qiáng). 高強(qiáng)高導(dǎo)電極材料銅鉻鋯合金新工藝研究[J]. 有色礦業(yè), 2007(2): 34-38.

[4] 丁福厚, 湯文明, 呂君. 影響鉻在急冷銅合金中溶解度的因素[J]. 機(jī)械工程材料, 1997, 21(3): 26-27.

ATechnologyofSolutionHeatTreatmentinC18150Alloy

LI Jixian1,2, LIU Dong3, ZHANG Jiuhai1, WANG Kai1, JIAO Hongzhong1, HOU Jiyin1

(1.NingxiaOrientTantalumIndustryCo.Ltd.,Shizuishan,Ningxia753000,China; 2.TheStateofTantalumandNiobiumSpecialMetalMaterialsEngineeringTechnologyResearchCenter,Shizuishan,Ningxia753000,China; 3.SchoolofMaterials,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi'an,Shanxi710072,China)

C18150 alloys were studied at different solution temperatures mechanical properties in conductivity and microstructure changes. Results show that 960℃ after solution treatment will make alloy plastic good conductivity below 37.89% IACS. Organization is cubic with no phase II of effect in alloy to achieve the ideal solution.

C18150 alloy; Solid solution process; Mechanical properties; Electric conductivity; Microstructure

2017-08-03

李積賢(1981-)，男，蒙古族，青海樂(lè)都人，本科，工程師，研究方向：有色金屬材料加工工藝，手機(jī)：13895023537，E-mail：lijixian@otic.com.cn.

TG166.2

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.05.030