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 材料學院，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 材料學院，陜西 西安 710072)

研究了C18150合金在不同固溶溫度下的力學性能、導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，導電率降至37.89%IACS，組織呈等軸晶、基本沒有第二相，合金達到了較為理想的固溶效果。

C18150合金；固溶工藝；力學性能；導電率；顯微組織

0 前 言

C18150合金屬于Cu-Cr-Zr合金，因具有高強度、高導電性以及優(yōu)良的耐磨性和耐熱性能，被大量應用于制造汽車用自動焊機的電極材料，以及在高溫環(huán)境工況下的零部件[1]，近年來也用來制作高壓開關(guān)的螺旋彈簧觸指部件。Cu-Cr-Zr合金是一種時效析出強化型合金，為了獲得較好的析出強化效果，同時進一步消除合金成分偏析和恢復塑性以實現(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。

本文對該合金擠壓態(tài)棒材進行了性能和組織分析，研究了不同固溶溫度對合金棒材力學性能、導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 實驗部分

1.1實驗原料

實驗材料是用水平連續(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，合金的化學成分見表1。

表1 C18150合金的化學成分(質(zhì)量分數(shù))/%

1.2實驗方法

借鑒相關(guān)文獻，選擇了900℃、930℃、960℃和990℃ 4種固溶溫度[2]。固溶時間借鑒企業(yè)常用鈹青銅合金棒材固溶加熱制度中的計算方式：加熱時間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，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實驗設(shè)備

WDW-100D微機控制電子式萬能試驗機上；HVS-1000型顯微硬度計上(載荷0.98N)；QJ44型直流雙臂電橋測量儀；OLYMPUS GX51光學顯微鏡。

2 實驗結(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方向性；晶粒細小、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電率?？梢钥闯?，該合金未經(jīng)固溶熱處理的擠壓態(tài)的抗拉強度偏低，在260 MPa左右；擠壓態(tài)的塑性較好，延伸率在40%以上；導電率在70%左右，據(jù)文獻介紹，C18150合金當固溶效果比較理想時，導電率應低于45%，故還需要進一步固溶熱處理[3]。

表2 擠壓態(tài)棒材的拉伸性能和導電率

2.2固溶溫度對合金性能的影響

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)處理后的性能趨勢圖。

圖2 不同溫度固溶處理后的性能趨勢圖

從圖中可以看出，隨著固溶溫度的升高，C18150合金的強度、硬度有所升高，延伸率有所下降，在960℃固溶處理時，出現(xiàn)硬度最高值HV78；并且導電率隨著固溶溫度的升高而持續(xù)下降，在960℃固溶處理時導電率降至37.89%IACS。這是因為：Cr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)原子對基體中位錯的“釘扎”作用得到了加強，繼而增大了位錯運動的阻力，使合金的強度和硬度升高、延伸率下降；同時，基體中溶質(zhì)元素的增多阻礙了合金內(nèi)部自由電子的運動，使合金的電阻增大，導電率下降。

960℃之后，隨著固溶溫度的升高，晶粒長大，使合金的硬度有所降低；溶質(zhì)元素進一步固溶進入基體中，導電率則緩慢降低。

由此，可以初步認為C18150合金適宜的固溶溫度為960℃，此時合金塑性良好，可以進一步進行冷加工；且導電率低于45%，這也符合相關(guān)資料的介紹。

2.3固溶溫度對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?？梢钥闯觯诓煌瑴囟裙倘芎驝18150合金組織形態(tài)呈“回復→再結(jié)晶→晶粒長大”的變化趨勢，從圖3(a)和(b)中可以明顯的看到，在900℃和930℃固溶時C18150合金組織仍然具有一定金屬流動方向性，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，這可能也是導致合金晶粒比較細小的原因[4]。隨著固溶溫度的升高，溶質(zhì)元素越來越多的固溶于基體中，960℃固溶時，組織基本呈等軸晶，C18150合金中基本沒有第二相，見圖3(c)；990℃固溶時，晶粒呈現(xiàn)長大趨勢，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℃，此時組織基本呈等軸晶，合金中基本沒有第二相，為后續(xù)進行塑性形變創(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，合金中基本沒有第二相。導電率測試分別為41.84%IACS和42.28%IACS，小于45%IACS。這也說明，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合金的強度、硬度有所升高，延伸率有所下降；在960℃時，合金出現(xiàn)硬度最高值HV78；然后隨著溫度升高，晶粒長大，強度、硬度有所下降。

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

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

4)綜合分析表明，本實驗C18150合金最佳的固溶溫度為960℃。

[1] 劉關(guān)強. 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. 高強高導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，青海樂都人，本科，工程師，研究方向：有色金屬材料加工工藝，手機：13895023537，E-mail：lijixian@otic.com.cn.

TG166.2

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.05.030