铜钴铬硅电极合金的形变热处理工艺研究

论文摘要

采用铸锭冶金法制备了电阻焊电极Cu-Co-Cr-Si合金,在固溶前采用了两种方法进行加工,然后通过硬度测试、室温拉伸、电导率测定、金相、TEM等方法研究了时效温度、时间以及时效前的冷变形等参数对两种状态合金组织与性能的影响,并从理论上进行了分析,在此基础上确定了合金较佳的形变热处理工艺。研究结果表明:1.形变热处理（固溶-冷变形-时效）工艺可大大提高合金时效后的最终强度,并且对电阻率影响很小。冷变形后的合金在时效过程中受到析出和再结晶过程交互作用的影响,析出的第二相粒子不仅强化了基体而且一定程度上抑制了再结晶的进行,从而使合金的硬度进一步提高。研究合金的强化机制包括固溶强化、加工硬化及析出强化2.Cu-Co-Cr-Si合金是典型的时效强化型合金,时效处理可以进一步改善合金性能。时效过程中过饱和固溶体分解析出第二相Co2Si,引起沉淀强化及固溶元素在基体中的贫化,使合金的硬度、强度和电导率大大提高。3.时效前适当的冷变形量可以促进合金强化相的析出,使析出相更细小,分布更均匀,大大提高合金的综合性能。但是过大的变形量使合金容易过时效,再结晶趋势增大,80%变形量时,合金力学性能和电学性能有所降低。4.合金经980℃/1h固溶-水淬-50%冷变形-480℃/4h时效、980℃/1h固溶-水淬-80%冷变形-480℃/4h、980℃/1h固溶-水淬-80%冷变形-450℃/4h、980℃/1h固溶-水淬-50%冷变形-450℃/4h时效四种工艺处理后的软化温度分别为:550℃、527℃、530℃和553℃。5.固溶前采取的980℃/1h水淬后冷轧的处理方法不能破碎合金熔炼过程中生成的Co5Cr3Si2相粗大颗粒,时效后反而使该相颗粒聚集长大,减小基体浓度,降低了合金冷变形时效后的力学性能和电学性能,而固溶前采取热锻的方式能对Co5Cr3Si2相粗大颗粒进行破碎,可减小该相对合金最终性能的不利影响。6.在本论文实验条件下,合金综合性能较好的热处理工艺为980℃/1h固溶-水淬-50%冷变形-480℃/4h时效,合金的力学和电学性能可达:σb=611MPa,σ0.2=560MPa,δ5=9.0%,σr=60.3%IACS。7.在分析Cu-Co-Cr-Si合金时效过程中电阻率变化规律的基础上,根据导电率与析出相的体积分数之间的线性关系,导出了试验温度下合金时效的Avrami导电率方程和相变动力学方程分别为σ=18.97+40.51(1-e-0.0028t0.7027)和f=1-exp(-0.0028t0.7027)。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 电阻焊电极铜合金的概述
• 1.1.1 电极合金的性能要求及检测
• 1.1.1.1 电极合金的性能要求
• 1.1.1.2 电极材料性能的检测
• 1.1.2 电极合金材料的分类和用途
• 1.1.3 电极用铜合金的发展
• 1.1.4 电极铜合金的强化方法
• 1.1.5 多元微合金化法
• 1.1.6 国外电阻焊电极铜合金材料概况及发展
• 1.2 Cu-Co-Cr-Si合金中各元素的作用
• 1.2.1 铬的作用
• 1.2.2 钴和硅的作用
• 1.3 本论文研究内容和目的
• 第二章 材料制备与实验方法
• 2.1 材料的制备
• 2.1.1 合金的成分设计
• 2.1.2 熔炼
• 2.1.3 铸锭均匀化
• 2.1.4 热锻
• 2.2 固溶时效
• 2.3 形变热处理
• 2.4 常温力学性能测试
• 2.4.1 硬度测试
• 2.4.2 拉伸力学性能
• 2.5 导电性能测试
• 2.6 软化温度测试
• 2.7 显微组织结构分析
• 2.7.1 金相组织观察
• 2.7.2 透射电子显微镜观察
• 第三章 时效处理对合金组织性能的影响
• 3.1 铸态及固溶态Cu-Co-Cr-Si合金组织性能研究
• 3.1.1 铸态及固溶态Cu-Co-Cr-Si合金金相组织
• 3.1.2 固溶态Cu-Co-Cr-Si合金力学和电学性能
• 3.1.3 固溶处理态合金的透射电镜分析
• 3.1.4 铸态及固溶态合金中的相分析
• 3.2 时效处理对合金组织性能的影响
• 3.2.1 时效温度对合金力学性能和电学性能的影响
• 3.2.2 时效时间对合金力学性能和电学性能的影响
• 3.2.3 不同时效处理态合金的显微组织结构
• 3.3 分析与讨论
• 3.3.1 合金中的相
• 3.3.2 时效处理对合金力学性能的影响
• 3.3.3 时效处理对合金导电性能的影响
• 3.4 本章小结:
• 第四章 预冷变形对合金组织性能的影响
• 4.1 预冷变形—时效条件下合金的力学性能和电学性能
• 4.2 不同变形量对合金力学性能和电学性能的影响
• 4.3 不同状态合金的软化温度
• 4.4 不同变形量合金的显微组织结构
• 4.4.1 不同变形量合金的金相组织
• 4.4.2 不同变形量合金的TEM组织
• 4.5 分析和讨论
• 4.5.1 合金的时效析出与再结晶过程
• 4.5.2 形变热处理对合金力学性能的影响
• 4.5.3 形变热处理对合金电学性能的影响
• 4.5.4 固溶前加工对合金性能的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 合金的相变动力学研究
• 5.1 合金时效过程中新相的转变比率的设定及计算
• 5.2 合金的相变动力学方程及导电率方程
• 5.3 合金的强化机制
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 硕士生期间发表的论文