银锆无氧铜的热加工工艺及组织与性能研究

论文摘要

随着航空技术的发展,对航空材料的性能要求越来越高。特别是在火箭领域,对材料的要求更为苛刻。火箭的动力问题取决于火箭发动机的高性能,而燃烧室是保证火箭正常运行的核心部件,长期在3000℃高温下工作,经受15～20MPa以上交变载荷的作用。鉴于铜合金在火箭燃烧室中的应用现状,研究和开发更高性能的火箭动力室用铜合金显得尤其重要。本课题对燃烧室材料Cu-3Ag-0.5Zr合金进行了系统的研究。合金采用真空熔炼、底部浇铸、锻造及压力加工成形,并研究了不同热处理工艺对合金的组织和性能的影响。利用布氏硬度计、涡流导电率测试仪、万能试验机等设备,对不同热处理状态下合金的力学性能和电学性能进行了测试;利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、透射电镜等分析仪器,进行微观组织和断口形貌的观察。研究分析了合金的成分、组织与性能及质量控制之间的关系;研究了合金的成分、加工工艺和热处理工艺对合金力学性能、电学性能及组织结构的影响及变化规律,并从理论上进行了分析和解释。研究表明:通过真空熔炼可以有效的防止Zr元素的烧损和氧化,底部浇铸工艺能有效的减少缺陷的产生。Cu-3Ag-0.5Zr合金的最佳热处理工艺为:920℃×40min固溶处理（水淬）+冷变形30%+420℃×3h时效处理（空冷）,此时力学性能和电学性能达到了最佳配合,硬度达到123.3HB,导电率达到88.3%,室温抗拉强度达到430Mpa,屈服强度达到390MPa。Cu-3Ag-0.5Zr合金中,合金元素Ag主要起到了固溶强化作用,提高了合金的强度同时不降低合金的导电性;合金元素Zr在时效过程中,产生了沉淀强化相,通过透射电镜衍射斑点的标定分析,确定该析出相为Cu5Zr化合物。该析出相与铜基体保持共格关系,尺寸<10nm,呈弥散分布,提高了合金的强度和抗热震性能。通过对合金的力学性能、电学性能、微观组织和热震性能的研究分析,Cu-3Ag-0.5Zr合金具有较好的综合性能,室温性能符合火箭燃烧室内衬材料的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选题的理论意义和实用价值
• 1.2.1 火箭发动机的现状
• 1.2.2 火箭燃烧室材料的性能要求
• 1.3 本课题国内、外研究现状与发展趋势
• 1.3.1 国内、外研究现状
• 1.3.2 发展趋势
• 1.4 高强高导铜合金的开发与制备
• 1.4.1 高强高导铜合金的开发
• 1.4.2 高强高导铜合金的制备
• 1.5 课题研究的内容及方法
• 1.5.1 研究内容
• 1.5.2 研究方法
• 第2章 试验内容及方法
• 2.1 材料的制备
• 2.1.1 材料的成分
• 2.1.2 工艺流程
• 2.2 试验材料及设备
• 2.2.1 试验材料
• 2.2.2 试验设备
• 2.3 试验内容
• 2.3.1 材料的成形
• 2.3.2 固溶处理工艺
• 2.3.3 时效处理工艺
• 2.3.4 冷变形加工工艺
• 2.3.5 软化温度试验
• 2.3.6 热震试验
• 2.4 常规性能测试及组织与结构分析
• 2.4.1 硬度测试
• 2.4.2 电学性能测试
• 2.4.3 拉伸性能测试
• 2.4.4 热震性能测试
• 2.4.5 金相观察
• 2.4.6 X 射线衍射分析
• 2.4.7 扫描电镜显微观察
• 2.4.8 透射电镜显微观察
• 第3章 Cu-3Ag-0.5Zr 合金的熔炼与铸锭
• 3.1 引言
• 3.2 真空熔炼
• 3.2.1 真空熔炼工艺
• 3.2.2 熔炼工艺设计
• 3.3 铸造工艺设计的基本原则
• 3.3.1 浇注系统的设计原则
• 3.3.2 浇注系统的选择
• 3.4 铸造工艺设计
• 3.4.1 工艺参数设计
• 3.4.2 浇注系统设计
• 3.4.3 保温冒口设计
• 3.4.4 铁模的构造
• 3.5 锻造
• 3.6 缺陷分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 Cu-3Ag-0.5Zr 合金的热处理工艺
• 4.1 引言
• 4.2 固溶处理对合金组织与性能的影响
• 4.2.1 固溶温度对合金硬度与导电率的影响
• 4.2.2 固溶处理对合金显微组织的影响
• 4.3 时效处理对合金组织与性能的影响
• 4.3.1 时效温度对合金硬度与导电率的影响
• 4.3.2 时效时间对合金硬度与导电率的影响
• 4.3.3 时效处理对合金显微组织的影响
• 4.4 冷变形对合金组织与性能的影响
• 4.4.1 冷变形+时效后合金的硬度与导电率分析
• 4.4.2 冷变形+时效后合金的显微组织分析
• 4.4.3 冷变形+时效后合金的X 射线衍射分析
• 4.4.4 冷变形+时效后合金的晶粒度分析
• 4.4.5 合金的软化温度
• 4.5 本章小结
• 第5章 Cu-3Ag-0.5Zr 合金的强化相分析
• 5.1 引言
• 5.2 合金的显微组织结构
• 5.2.1 合金的金相组织
• 5.2.2 合金的X 射线衍射分析
• 5.2.3 合金的室温拉伸断口形貌
• 5.2.4 合金的透射电子显微组织
• 5.3 合金的时效强化相分析
• 5.3.1 电子衍射谱的标定方法
• 5.3.2 合金的基体衍射斑点分析
• 5.3.3 合金的强化相衍射斑点分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 Cu-3Ag-0.5Zr 合金的抗热震性能
• 6.1 引言
• 6.2 热循环次数对合金硬度与导电率的影响
• 6.2.1 合金的硬度变化分析
• 6.2.2 合金的导电率变化分析
• 6.3 热循环次数对室温拉伸性能的影响
• 6.3.1 合金的拉伸性能变化分析
• 6.3.2 合金的塑性性能变化分析
• 6.3.3 合金的断口形貌分析
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 大摘要