论文部分内容阅读
本文包括两部分内容,主要工作为沉淀强化Cu-Cr-Y和Cu-Cr-Zr-Y合金材料的研究,其次初步探讨了在Fe-Cr-C耐磨堆焊药芯焊丝中添加B、W来取代价格昂贵的Nb元素。主要研究内容如下：1、分析了热处理对Cu-0.8Cr--0.05Y合金组织及性能的影响,Cu-0.8Cr-0.05Y合金经固溶处理+70%变形+480℃时效24min后,可获得良好的综合性能,显微硬度达到143HV,导电率达到84%IACS;时效后的Cu-0.8Cr-0.05Y合金存在两种强化Cr颗粒,一种是在铸造及固溶过程当中由于没有溶解到铜基体中的粗大Cr颗粒,另一种是时效过程中过饱和固溶体分解析出的细小弥散颗粒,这部分细小弥散的颗粒对合金的强化效果起主要作用。2、比较了Cu-0.8Cr-0.05Y两种热处理工艺(铸态+冷变形+时效和铸态+固溶+冷变形+时效)对合金析出特性的差异,由于铸态冷却过程中就有一部分细小弥散Cr颗粒析出,强化了合金的硬度,固溶处理后析出的细小弥散Cr颗粒发生聚集长大并粗化,削弱了固溶后合金的硬度；采用铸态+冷变形+时效工艺使得时效过程中再结晶的延迟进一步强化了合金硬度；合金经铸态+90%冷变形+480。C时效30min处理,显微硬度达到150HV,导电率达至90%IACS,综合性能匹配良好。3、分析了添加微量Zr元素的Cu-0.8Cr-0.05Y合金冷变形时效行为,结果表明：Zr元素的加入,可以显著改善合金的显微组织,细化晶界,减少Cu-Cr共晶组织的产生,提高合金的显微硬度并提高合金的热稳定性,Zr的加入可以抑制合金时效过程中Cr析出相的长大,细化Cr析出相,从而提高合金强度,并且能有效的保持强度。但添加量不宜过多,过多反而导致显微组织恶化及性能的降低,其加入量在0.2wt%,经90%冷轧变形,在480℃时效,60min后,显微硬度可达198HV,导电率达81%IACS,可以获得优良的硬度与导电率匹配的综合性能。4、对Cu-1.0Cr-0.3Zr-0.05Y合金铸态显微组织进行研究Cu-1.0Cr-0.3Zr-0.05Y铸态组织为典型的枝晶,晶内主要由Cu基体和初生的纯Cr相组成；稀土Y主要偏聚于晶界形成Y2O3、Cu5Y,Y2O3的存在能够对铜基体起到净化作用；在晶界处主要组成物为Y2O3、Cu2O、Cu5Y、Cu5Zr及复杂的多元共晶组织。对Cu-1.0Cr-0.05Y和Cu-1.0Cr-0.3Zr-0.05Y合金采用不同热处理工艺,研究了热处理工艺后合金的时效行为。5、在上述研究结果的基础上,选择综合性能较好的Cu-Cr系合金进行抗氧化性能研究。合金在latmO2中连续氧化,氧化膜结构主要由最外层暗灰色的CuO、内层亮灰色的Cu2O组成及靠近基体一侧多孔网状区处的白色亮点富含Cr、Zr的氧化物组成。并在Cu-0.8Cr-0.2Zr-0.15Y合金中出现了柱状晶的Cu2O层。添加Zr元素以后,时效过程中析出细小弥散的Cr、Zr第二相,且在400℃氧化会继续析出,有利于形成均匀的Cr2O3膜；Zr的添加在合金550℃抗氧化性并不明显,甚至比纯Cu的还要差,是由于氧化温度高于时效温度,时效过程中析出的弥散细小Cr、Zr等颗粒进一步聚集长大,使得形成连续选择性Cr2O3氧化膜能力相对较差,降低了合金的抗氧化性。晶粒细化影响了合金的抗氧化性,合金中Cr、Zr含量较低不容易形成保护性的氧化膜,因而在550℃下产生的再结晶晶粒细化反而会对氧化起到加速作用；对纯铜而言550℃下的再结晶晶粒长大,使得晶界扩散占比减小,反而降低了铜的氧化速率,这两方面的相互作用形成CrZr的添加在合金550℃抗氧化性并不明显。此外,本文还进行了以下研究工作：我们为取代A2#试样中价格昂贵的金属Nb,降低产生成本,制备出复合添加W、B的堆焊药芯焊丝,并对其显微组织及性能进行了分析。1、首先比较市售两种耐磨堆焊药芯焊丝的组织及性能,含Nb的A2#试样性能较好主要基于以下因素：首先NbC的显微硬度比M7C3显微硬度高达44%,分布在M7C3周围或镶嵌其中,起到耐磨骨架的支撑作用；其次碳含量和铌代替一部分铬含量的增加,合金成分偏离共晶线越远,在共晶反应过程中,初生相占比就越多,共晶组织在凝固组织中占比例相应的就减少,因而初生碳化物越来越多同时共晶组织相应的就减少,也是显微硬度增加的一个重要原因。此外Nb对共晶碳化物及基体的细化对性能的提高有一定的贡献。2、含W、B堆焊药芯焊丝,可以增加M7C3型初生碳化物的数量,由于W、B既可以形成碳化物,又能溶于固溶体,除可以增加钨碳化物、硼碳化物强化相数量增强基体硬度外,还由于两种元素都可以固溶在奥氏体中,有利于增加奥氏体的稳定性,导致试样冷却过程中基体中的马氏体数量增加,相应的基体硬度升高。含W、B的B1#试样水冷条件下堆焊层表面宏观硬度可达60.8HRC,与A2#含Nb的相当。W、B由于取代了价格昂贵的金属Nb大大降低了生产成本,而性能却没有降低。