C18150合金固溶热处理工艺研究

李积贤，刘 东，张九海，汪 凯，焦红忠，候继银

(1. 宁夏东方钽业股份有限公司，宁夏 石嘴山 753000； 2. 国家钽铌特种金属材料工程技术研究中心，宁夏 石嘴山 753000；3. 西北工业大学 材料学院，陕西 西安 710072)

C18150合金固溶热处理工艺研究

李积贤1,2，刘 东3，张九海1，汪 凯1，焦红忠1，候继银1

(1. 宁夏东方钽业股份有限公司，宁夏 石嘴山 753000； 2. 国家钽铌特种金属材料工程技术研究中心，宁夏 石嘴山 753000；3. 西北工业大学 材料学院，陕西 西安 710072)

研究了C18150合金在不同固溶温度下的力学性能、导电率和显微组织变化。结果表明：经960℃固溶处理后，合金塑性良好，导电率降至37.89%IACS，组织呈等轴晶、基本没有第二相，合金达到了较为理想的固溶效果。

C18150合金；固溶工艺；力学性能；导电率；显微组织

0 前 言

C18150合金属于Cu-Cr-Zr合金，因具有高强度、高导电性以及优良的耐磨性和耐热性能，被大量应用于制造汽车用自动焊机的电极材料，以及在高温环境工况下的零部件[1]，近年来也用来制作高压开关的螺旋弹簧触指部件。Cu-Cr-Zr合金是一种时效析出强化型合金，为了获得较好的析出强化效果，同时进一步消除合金成分偏析和恢复塑性以实现后续大变形量的轧制和拉拔等塑性加工，必须选择合适的固溶温度。

本文对该合金挤压态棒材进行了性能和组织分析，研究了不同固溶温度对合金棒材力学性能、导电率和显微组织的影响，旨在获得适宜的固溶热处理温度参数。

1 实验部分

1.1实验原料

实验材料是用水平连续铸造制成的直径φ180 mm的铸锭、经热挤压获得的直径为φ36 mm的棒材，合金的化学成分见表1。

表1 C18150合金的化学成分(质量分数)/%

1.2实验方法

借鉴相关文献，选择了900℃、930℃、960℃和990℃ 4种固溶温度[2]。固溶时间借鉴企业常用铍青铜合金棒材固溶加热制度中的计算方式：加热时间T=(棒材直径×1.5+8～10)分钟，固溶设备选用箱式电阻加热炉，控温精度±5℃，冷却方式为水淬。在论证确定的固溶温度适用性时，选择了将φ36 mm挤压棒材拉拔至φ7 mm的成品棒材和拉拔至φ2.5 mm的成品丝材。

1.3实验设备

WDW-100D微机控制电子式万能试验机上；HVS-1000型显微硬度计上(载荷0.98N)；QJ44型直流双臂电桥测量仪；OLYMPUS GX51光学显微镜。

2 实验结果与分析

2.1挤压态棒材的组织和性能

图1为C18150合金未经固溶热处理的φ36 mm挤压态棒材的显微组织。

图1 挤压态棒材的显微组织

可以看出，未经固溶热处理的挤压态棒材组织具有一定流动方向性；晶粒细小、比较均匀，平均晶粒尺寸0.015 mm；合金中有明显的第二相，可能是棒材在挤压后的空冷中有部分Cr粒子和Cu-Zr化合物析出。

表2所列为C18150合金未经固溶热处理的φ36 mm挤压态棒材的拉伸性能和导电率。可以看出，该合金未经固溶热处理的挤压态的抗拉强度偏低，在260 MPa左右；挤压态的塑性较好，延伸率在40%以上；导电率在70%左右，据文献介绍，C18150合金当固溶效果比较理想时，导电率应低于45%，故还需要进一步固溶热处理[3]。

表2 挤压态棒材的拉伸性能和导电率

2.2固溶温度对合金性能的影响

图2为C18150合金φ36 mm挤压态棒材经不同固溶温度(保温64 min)处理后的性能趋势图。

图2 不同温度固溶处理后的性能趋势图

从图中可以看出，随着固溶温度的升高，C18150合金的强度、硬度有所升高，延伸率有所下降，在960℃固溶处理时，出现硬度最高值HV78；并且导电率随着固溶温度的升高而持续下降，在960℃固溶处理时导电率降至37.89%IACS。这是因为：Cr和Zr溶质元素在Cu基体内的溶解度随着固溶温度的升高而增加，这些溶质原子对基体中位错的“钉扎”作用得到了加强，继而增大了位错运动的阻力，使合金的强度和硬度升高、延伸率下降；同时，基体中溶质元素的增多阻碍了合金内部自由电子的运动，使合金的电阻增大，导电率下降。

960℃之后，随着固溶温度的升高，晶粒长大，使合金的硬度有所降低；溶质元素进一步固溶进入基体中，导电率则缓慢降低。

由此，可以初步认为C18150合金适宜的固溶温度为960℃，此时合金塑性良好，可以进一步进行冷加工；且导电率低于45%，这也符合相关资料的介绍。

2.3固溶温度对合金显微组织的影响

图3为C18150合金φ36 mm挤压态棒材经不同固溶温度(保温64 min)处理后的的显微组织。可以看出，在不同温度固溶后C18150合金组织形态呈“回复→再结晶→晶粒长大”的变化趋势，从图3(a)和(b)中可以明显的看到，在900℃和930℃固溶时C18150合金组织仍然具有一定金属流动方向性，基体中还有很多第二相，而且很多分布在晶界，这些分布在晶界的第二相使晶界趋于稳定，这可能也是导致合金晶粒比较细小的原因[4]。随着固溶温度的升高，溶质元素越来越多的固溶于基体中，960℃固溶时，组织基本呈等轴晶，C18150合金中基本没有第二相，见图3(c)；990℃固溶时，晶粒呈现长大趋势，见图3(d)。

(a) 900℃；(b) 930℃；(c) 960℃；(d) 990℃

从以上材料显微组织观察，也可以确定C18150合金适宜的固溶温度为960℃，此时组织基本呈等轴晶，合金中基本没有第二相，为后续进行塑性形变创造了良好的组织条件。

2.4固溶温度适宜性验证

图4为C18150合金φ36 mm挤压态棒材经拉拔加工到φ7 mm和φ2.5 mm成品后，经960℃固溶处理后的显微组织。可以看出，组织呈等轴晶，合金中基本没有第二相。导电率测试分别为41.84%IACS和42.28%IACS，小于45%IACS。这也说明，C18150合金采用960℃的固溶温度是合理的。

(a) φ7 mm；(b) φ2.5 mm

3 结 论

1)随着固溶温度的升高，C18150合金的强度、硬度有所升高，延伸率有所下降；在960℃时，合金出现硬度最高值HV78；然后随着温度升高，晶粒长大，强度、硬度有所下降。

2)随着固溶温度的升高，C18150合金的导电率持续下降，在960℃时导电率降至37.89%IACS。

3)随着固溶温度的升高，合金组织形态呈“回复→再结晶→晶粒长大”变化趋势。960℃固溶时，组织基本呈等轴晶，合金中基本没有第二相；990℃固溶时，晶粒长大明显。

4)综合分析表明，本实验C18150合金最佳的固溶温度为960℃。

[1] 刘关强. 铜—铬—锆合金(C18150)棒材新工艺的研究[J]. 有色金属加工, 2011(2): 8-9.

[2] 叶权华, 刘平，刘勇，等. 固溶温度对Cu-Cr-Zr-RE合金性能和组织的影响[J]. 金属热处理, 2005(30): 218-220.

[3] 白常厚, 刘关强. 高强高导电极材料铜铬锆合金新工艺研究[J]. 有色矿业, 2007(2): 34-38.

[4] 丁福厚, 汤文明, 吕君. 影响铬在急冷铜合金中溶解度的因素[J]. 机械工程材料, 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

李积贤(1981-)，男，蒙古族，青海乐都人，本科，工程师，研究方向：有色金属材料加工工艺，手机：13895023537，E-mail：lijixian@otic.com.cn.

TG166.2

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.05.030