1、CuCo2Be 合金的冷变形及时效工艺研究摘要：借助布氏硬度计、涡流导电仪、金相显微镜和箱式电阻炉，研究了固溶后 CuCo2Be 合金冷变形和时效工艺后的组织和性能及冷变形和不同时效工艺对 CuCo2Be 合金性能的影响规律。结果表明，冷变形和时效工艺合理的结合能有效的提高 CuCo2Be 合金的使用性能，CuCo2Be 合金的最佳冷变形和时效工艺为 30%冷变形+4501h 时效，该工艺处理后的 CuCo2Be 合金硬度和导电率可以达到 270HBS 和 50.92%IACS。 关键词 ：CuCo2Be 合金；冷变形；时效；硬度；导电率 中图分类号：TF704.2 文献标识码： A 形变热处
2、理是将塑性变形的形变强化与热处理的相变强化相结合，使成形工艺与获得最终性能统一起来的一种综合方法1-2。CuCo2Be 合金经热处理后具有高的强度、硬度，且稳定性好，具有耐蚀、耐磨、耐疲劳、耐低温、导电导热性好等优点3，广泛应用于各类高性能要求的电焊电极、导电嘴及水平连铸结晶器的铜合金内套等。众所周知，热处理可以改 善合金的微观结构，对合金的性能有较大的影响，而塑性变形可以强化合金的基体。为此，研究不同变形量与不同时效工艺参数对CuCo2Be 合金性能的影响，可以为提高 CuCo2Be 合金的使用性能提供一定的参考，对 CuCo2Be 合金的开发应用具有一定的实用意义。 1 试验材料与方法 试
3、验用的 CuCo2Be 合金化学成分（质量分数，%）为 Co 2.22.9，Be 0.420.80， 0.05%杂质，Cu 余量，该 CuCo2Be 合金采用中频真空感应炉熔炼制备。 试验首先将铸造好的 CuCo2Be 合金锭表面剥皮去除表面铸造缺陷，接着热锻成直径 200.5mm 的圆棒，再截成高 200.3mm 的试样，然后在 940固溶保温 1.5 h。将固溶处理后的试样分别冷锻压，使变形量分别为 10%、20%、30%、40%、50%，接着在 450 ，分别保温 30，60， 90，120 min。研究 CuCo2Be 合金不同冷变形和时效时间后的组织和性能，得出综合性能最优的冷变形和
4、时效工艺。 依据 GB/T 231.12002金属布氏硬度试验 第 1 部分：试验方法测试不同工艺处理后的 CuCo2Be 合金的布氏硬度；依据 YS/T 4782005铜及铜合金导电率涡流检测方法 ，采用 FQR7501 涡流导电仪测试不同状态下 CuCo2Be 合金的导电率；借助于 DM2500 金相显微镜观察不同工艺下 CuCo2Be 合金的金相组织。 2 结果与分析 2.1 冷变形对固溶后 CuCo2Be 合金的组织与性能的影响 2.1.1 冷变形后固溶态 CuCo2Be 合金的硬度和导电率 图 1 为 CuCo2Be 合金在 940固溶 1.5h不同冷变形量后的硬度和导电率，可以发现
5、随着冷变形量的增大，CuCo2Be 合金的硬度也不断增大。这是因为：金属的塑性变形主要靠位错的移动来实现，随着冷变形程度的增加，晶粒间距减小，晶界增加，阻碍了位错的运动 ，从而使位错运动变得困难。此外，铜为面心立方晶体，在冷加工变形时滑移面为 (111)，滑移方向为110，变形过程中不同滑移面上的位错相交，使位错运动受阻，当变形量进一步增加时，由于位错增殖使得位错密度显著增加，位错线缠结形成位错网，增大了滑移的驱动力，导致了 CuCo2Be 合金的硬度不断增大。从图 1 还可以发现：CuCo2Be 合金的导电率的变化并不显著，只是在冷变形量为 20%时有了极其轻微的上升，接着下降并保持在18.
6、86%ICAS，这说明冷变形造成的晶粒变形和破碎及合金内部空位等缺陷的增多，对导电电子的影响较小。由于较大冷变形导致的晶界和空位等缺陷增多使导电电子自由运动的障碍增多，从而导致 CuCo2Be 合金的导电率略有下降。 图 1 不同冷变形量对 CuCo2Be 合金硬度和导电率的影响 2.1.2 冷变形对固溶后 CuCo2Be 合金组织的影响 图 2 为固溶态 CuCo2Be 合金不同冷变形后的显微组织，图 2（a）为固溶未冷变形的 CuCo2Be 合金的显微组织，图 2（b） 、 （c） 、 （d）分别为固溶+冷变形 10%、30%、50%的 CuCo2Be 合金的显微组织。对比可以发现，随着冷
7、变形量的增大，CuCo2Be 合金的晶粒的尺寸逐渐变大，晶粒形状也逐渐变得不规则；金相照片中的晶粒的颜色趋于同色。这是因为：冷变形会导致 CuCo2Be 合金的晶粒位向的改变，腐蚀后的晶粒在观察时显示几乎一样的颜色。另外，还可以从图 2 中发现：由于采用冷锻压的工艺进行冷变形，CuCo2Be 合金的塑性变形程度也不是很均匀；由于 CuCo2Be合金是高强高弹铜合金，在冷变形量达到 40%以上时，发现 CuCo2Be 合金出现比较严重的变形裂纹。 图 2 固溶冷变形后 CuCo2Be 合金的显微组织 2.2 冷变形后时效 CuCo2Be 合金的硬度和导电率 如图 3 所示，固溶 CuCo2Be
8、合金冷变形及时效后的硬度值随着冷变形量和时效时间的变化情况。可以看出：随冷变形量的增大，CuCo2Be 合金在 450保温不同时间后，其硬度都呈现先增大后下降的趋势。这是因为 CuCo2Be 合金采用冷变形后时效的工艺，既有冷变形强化的因素，还有析出强化的因素。冷变形增加了 CuCo2Be 合金内部的位错密度增大，形变量越大，基体的畸变能越大，缺陷越多，强度越高，这些缺陷可以作为溶质原子扩散的“快速通道”而加速析出过程，且畸变能越大，时效动力越大，时效初期第二相析出速度越快，强度越高。因此，大于 40%的变形量的 CuCo2Be 合金在 450保温时，时效析出的过程较快，同样的保温时间，更早的
9、出现了过时效。最终导致，较大变形量的 CuCo2Be 合金在相同的保温时间后硬度反而比小变形量的 CuCo2Be 合金的硬度小。 另外，由图 3 还可以发现，相同变形量的 CuCo2Be 合金在 450保温不同时间，随着保温时间的增加，CuCo2Be 合金的硬度呈现下降的趋势。这说明经过冷变形的 CuCo2Be 合金 450保温 0.5 小时，硬度已经达到了最大值，随着保温时间的延长，CuCo2Be 合金的硬度降低，出现了过时效。另外，450保温 1h 的冷变形 CuCo2Be 合金和 450保温 1.5h 的冷变形CuCo2Be 合金相比，硬度下降的幅度较大。这是因为：CuCo2Be 合金的
10、时效过程就是过饱和固溶体的分解过程，在较高的温度时效时，包括两个过程：连续脱溶及不连续脱溶。CuCo2Be 合金时效时，先形成 G.P.区（?） ，接着从 G.P.区（?）发展到 （连续脱溶） ，硬度有一定的下降；保温时间的延长，导致发生不连续脱溶，即 发展到 ，硬度下降的幅度较前一过程大。 图 3 变形量对时效后的 CuCo2Be 合金硬度的影响 如图 4 所示：随冷变形量的增大，时效后 CuCo2Be 合金的导电率呈上升趋势。这是因为，较大的冷变形导致 CuCo2Be 合金的时效过程较快，CuCo2Be 合金中的固溶溶质析出较快，从而减弱了对导电电子的散射，使CuCo2Be 合金的电阻下降
11、，导电率上升。另外，随着冷变形量的增大，导电率增大的速度有一定的差别。450保温 0.5 小时，随着冷变形量的增大，导电率增大速度较大；450保温 1、1.5、2 小时，随着冷变形量的增大，导电率增大速度较小。这说明，随着时效过程的进行，冷变形量不是影响导电率的主要因素，而与固溶 CuCo2Be 合金中的溶质析出情况有较大关系。 另外，还可以发现：当冷变形量相同时，随着保温时间的增加，CuCo2Be 合金的导电率逐渐增大。随着保温时间的延长，基体中固溶的合金元素不断析出因此导电率一直保持上升的趋势，但因基体中溶质元素含量减少，第二相析出速度变慢，使导电率的上升幅度趋缓。 图 4 变形量对时效后
12、的 CuCo2Be 合金导电率的影响 3.结论 （1）固溶后的 CuCo2Be 合金的硬度随冷变形量的增大而增大，硬度从 85HBS 增大到 136HBS，导电率随冷变形量的增大波动较小，保持在19.00.5%IACS。 （2）固溶后的 CuCo2Be 合金的显微组织随冷变形量的增大而增大，由于 CuCo2Be 合金的高强、高弹的特殊性能，在冷变量达到 40%以上时，CuCo2Be 合金的组织中出现裂纹。 （3）CuCo2Be 合金的最佳冷变形和时效工艺为： 30%冷变形+4501h 时效，该工艺处理后的 CuCo2Be 合金硬度和导电率可以达到 270HBS和 50.92%IACS。CuCo
13、2Be 合金经冷变形后，时效达到最优的综合性能的保温时间，与有关资料（生产中于 475-490时效 2-3h，可达到高的强度与电导率）中的陈述有了一定程度的减少， 参考文献 1 林启权,张 辉 . 形变热处理对 2519 铝合金性能的影响 J . 矿冶工程, 2004, 24 ( 1) : 92- 99 . 2 田荣璋,王祝堂. 铝合金及其加工手册 M .长沙:中南大学出版社, 2000: 103 -104 3 陈乐平,周 全. 铍铜合金的研究进展及应用 J. 材料热处理技术,2009 (11)：14-18 4 Yamane S. The foundation of high-electro-
14、conductibility copper alloy designationJ. Journal of Japan copper and brass Research Association, 1990,29:12-25 5张凌峰,等. 时效及冷变形对 Cu-3.2Ni-0.75Si-0.30Zn 合金组织和性能的影响J.材料开发与应用，2003,18(3)：10-13 6 曹瑜.铜、铜合金及其制品生产新技术新工艺流程与质量检验新标准实用手册M .西北电子工业出版社, 2004: 1015 作者简介:赵德胜,毕业于西南交通大学机械工程学院,研究生学历,中国铁建电气化局集团高级工程师,长期从事高速铁路电气化接触网关键零部件研究和开发。
