多阶段时效热处理对Cu-Ag合金组织及性能的影响

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Cu-Ag合金具有高强度、高导电性和优良的变形性能,是一种不可替代的非破坏性高强磁体线圈绕组材料。为了减小高强磁体绕组加载数千千安电流产生的焦耳热和洛伦兹力所带来的破坏性影响,要求线圈绕组导线材料同时具有高强度和高导电性。合金的力学和电学性能取决于其微观组织,热处理是合金微观组织的重要手段之一。本论文采用多阶段时效热处理方法调控Cu-6wt%Ag合金微观组织,研究和揭示多阶段时效热处理工艺对Cu-Ag合金的Ag析出相和性能的影响规律。不同升温速率Cu-6wt%Ag固溶合金的DSC曲线测试结果表明,析出反应温度为350℃~450℃,析出反应激活能为56.43±3.86 kJ/mol。对Cu-6wt%Ag合金进行预时效和析出时效的等时热处理,研究结果表明,在预时效温度250℃时,合金微观组织中存在较多数量Ag脱溶相,合金的强度、硬度和导电率均达到峰值;在析出时效温度400℃时,合金微观组织只有非连续性析出相存在,450℃时开始有连续性析出相析出;随着时效温度的逐渐升高,非连续性析出相体积分数不断减小,连续性析出相体积分数不断增加。在预时效250℃/1 h+析出时效400℃/2h时,由于Cu基体中非连续性析出相体积分数最大、Ag析出最彻底,Cu-6wt%Ag合金的综合性能达到最佳,铸态Cu-6wt%Ag合金抗拉强度达到312.78 MPa,导电率75.7%IACS。对Cu-6wt%Ag合金进行冷却阶段等时保温处理,分析冷却阶段保温温度对合金微观组织和综合性能的影响。研究结果表明,合金微观组织中同时有连续性与非连续性两种析出相存在,Ag析出相宽度随保温温度的升高呈现先增大后减小的趋势。冷却阶段在250℃保温时,析出相宽度达到最大值72.33±8.89 nm;Ag析出相间距则随温度升高呈现先减小后增大的趋势,在冷却阶段200℃保温时,Ag析出相间距达到最小值;在150℃保温时,连续性析出相体积分数达到最大值38.24%,铸态Cu-6wt%Ag合金综合性能最佳,抗拉强度323.49 MPa,导电率79.02%IACS。对Cu-6wt%Ag合金进行250℃/1h+450℃/2h+200℃/1h三阶段时效处理,并延长冷却阶段保温时间至4h,分析冷却阶段保温时间对合金微观组织和综合性能的影响。研究结果表明,保温时间由1 h延长至4h时,组织中Ag析出相宽度由59.45 nm增加至89.4 nm、间距由362.3 nm增加至433.85 nm,非连续性析出相体积分数由29.06%增加至31.91%。受析出相宽度和非连续性析出相体积分数增加的影响,合金抗拉强度提高31.13%,达到 244.18 MPa;导电率 71.56%IACS。
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