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Cu-Cr-Zr系合金非真空熔炼过程的热力学分析

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中国有色金属学报 2007年第8期17卷 1330-1335页

作者：慕思国汤玉琼郭富安唐谟堂彭长宏苏州有色金属加工研究院材料科学与工程研究所苏州215026 中南大学冶金科学与工程学院长沙410083

对Cu-Cr-Zr系合金非真空熔炼过程进行热力学分析,分别计算Cu、Cr和Zr等合金组元与炉气、坩埚、炉衬和炉渣反应的吉布斯自由能变化,分析合金熔炼过程中相关反应的可能性,并对部分分析结果进行实验验证。结果表明,在熔炼温度下,炉气中微... 详细信息

对Cu-Cr-Zr系合金非真空熔炼过程进行热力学分析,分别计算Cu、Cr和Zr等合金组元与炉气、坩埚、炉衬和炉渣反应的吉布斯自由能变化,分析合金熔炼过程中相关反应的可能性,并对部分分析结果进行实验验证。结果表明,在熔炼温度下,炉气中微量氧气和氮气都能与合金组元中的铬和锆发生化学反应而使其烧损;金属氧化物ZrO2和MgO等对于铬和锆具有良好的化学稳定性,可以作为熔炼Cu-Cr-Zr系合金的坩埚和炉衬材料。

关键词： Cu-Cr-Zr系合金非真空熔炼热力学

非真空熔炼Cu-Cr-Zr合金的组织与性能研究

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非真空熔炼Cu-Cr-Zr合金的组织与性能研究

作者：马健凯太原科技大学

学位级别：硕士

本文采用正交试验方法对Cu-Cr-Zr合金的成分进行设计,采用非真空熔炼和铜模成型的方法制备直径、长度相同,成分不同的Cu-Cr-Zr合金样品,使用万能试验机、电阻测量仪测量得到其力学性能、电阻值,采用室温拉伸、金相分析、扫描电子显微镜... 详细信息

本文采用正交试验方法对Cu-Cr-Zr合金的成分进行设计,采用非真空熔炼和铜模成型的方法制备直径、长度相同,成分不同的Cu-Cr-Zr合金样品,使用万能试验机、电阻测量仪测量得到其力学性能、电阻值,采用室温拉伸、金相分析、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等,系统地研究了不同处理工艺对Cu-Cr-Zr合金力学性能、导电性能和微观组织的影响。铜模冷却使Cu-Cr-Zr合金中的铜晶粒得到明显细化,其大小约为30～40μm,但在微观组织中会出现一定数量的第二相,其当量直径小于5μm,有一些第二相是纳米级的沉淀析出粒子。Cu-Cr-Zr合金淬火后的微观组织相比淬火前发生了明显的变化,处于晶粒内部和晶界上的第二相通过固溶处理基本上被固溶于铜基体中,此时材料具有较高的抗拉强度;轧制处理使Cu-Cr-Zr合金微观组织中的晶粒形貌由等轴晶变为长条状,塑性变形使合金位错密度大大提高,晶界面积增多,合金的强度大幅度增加;退火处理减少了合金微观组织中的晶格畸变,但是该退火处理工艺控制只发生在回复过程,不进行再结晶过程,可使材料维持比较高的抗拉强度;经拉拔变形之后合金的强度可达到500MPa以上。Cu-Cr-Zr合金铸态电导率较低;合金淬火处理后,固溶于铜基体中的Cr、Zr原子引起了晶格畸变而增加对电子的散射作用,引起Cu-Cr-Zr合金的电导率下降;轧制处理后铜合金内部的铸造缺陷（缩孔、缩松、气孔）等被焊合,导电性增强;退火后,固溶于基体中的溶质原子沿晶界析出或者在晶内析出,晶格畸变减少,对电子的散射作用减弱,电阻率下降;合金中第二相数量增加,尺寸增大,与固溶态相比,弥散析出的第二相对电子散射作用较小,也会使电阻率下降,可使电导率达到80%IACS以上;虽然拉拔也产生晶格畸变,但是由于这种协同晶格畸变对电导率影响较小,有一些合金的电导率仍可以达到80%IACS以上。采用非真空熔炼的方法制备Cu-Cr-Zr合金,实验结果说明正交试验的方案设计合理,合金中Cr、Zr含量较低时,虽然合金的导电性较好,但强度偏低;反之,合金强度高但导电性较差。合金的含Cr量在0.5%.7%范围之内、含Zr量在0.6%.7%范围之内其强度可达到500MPa,电导率可达到80%IACS以上,符合铁道部《300～350Km/h电气化铁路接触网装备暂行技术条件（OCS-3）》中的抗拉强度值为360MPa00MPa,电导率60%IACS7%IACS的技术要求。通过扫描电镜和高分辨透射电镜的分析确定了合金中的化合物主要是Cu5Zr,显微组织中的第二相大部分呈球形颗粒状分布,其直径大约为20～30nm,有少量长约50nm,宽约10nm的板条状第二相。

关键词： Cu-Cr-Zr合金非真空熔炼电导率抗拉强度

Cu-Cr-Zr系合金非真空熔炼的热力学计算与试验研究

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Cu-Cr-Zr系合金非真空熔炼的热力学计算与试验研究

作者：占国星江西理工大学

学位级别：硕士

Cu-Cr-Zr合金属于高强高导合金，其抗拉强度大于600MPa，电导率高于80%IACS，且具有较高的软化温度等性能，广泛应用于电机整流子、点焊机、缝焊机、对焊机用电极、引线框架等。但该系合金一般均采用真空熔炼，其中存在一些缺点，比如... 详细信息

Cu-Cr-Zr合金属于高强高导合金，其抗拉强度大于600MPa，电导率高于80%IACS，且具有较高的软化温度等性能，广泛应用于电机整流子、点焊机、缝焊机、对焊机用电极、引线框架等。但该系合金一般均采用真空熔炼，其中存在一些缺点，比如对炉体的密封性要求高、对原料的配比和杂质控制较严，综合国内外的生产企业一般面临资金短缺，生产成本压力大等特点，Cu-Cr-Zr系合金摆脱真空采用非真空熔炼将具有更广阔应用前景。本文采用FactSage软件对Cu-Cr-Zr合金非真空熔炼有影响的多个因素进行热力学计算以及采用试验对Cu-Cr-Zr合金的熔炼工艺进行研究分析。研究结果表明：Cu-Cr-Zr合金在非真空条件下熔炼受到空气中N2、O2的影响，其中受到O2的影响较大;经软件计算合金中的Cr和Zr与这两种气体可能发生的反应有多种，与N2最易生成ZrN，与O2最易生成Cr3O4、ZrO2;合金组元与空气中少量的氢气在熔炼温度800℃以上不参与反应。采用石墨坩埚、氧化铝坩埚、石英坩埚均会对合金的熔炼产生影响，而氧化镁坩埚则对合金的熔炼没有影响，其中使用石墨做坩埚及木炭做覆盖剂熔炼时Zr与C有可能反应生成ZrC4;使用氧化铝坩埚熔炼最易发生反应的方程式为3Mg+Al2O3=3MgO+2Al，使用石英做坩埚或玻璃做覆盖剂参与熔炼时最易反应的方程为3Zr+SiO2=Zr2Si+ZrO2;使用镁砂做坩埚或覆盖剂参与熔炼均不会发生化学反应。Zr的烧损率比Cr要大;采用石墨坩埚，木炭覆盖剂获得Cr、Zr含量分别建立数学模型。Cu-Cr-Zr析出强化相主要是Cu5Zr、Cr相，合金硬度可达112HB，电导率达86.8%IACS;使用石墨坩埚熔炼时Cr、Zr会与C发生发应生成Cr7C3、Cr3C2、ZrC，使用镁砂坩埚时Cr、Zr不参与MgO的反应。Cu-Cr-Zr合金在非真空条件下的合理工艺是：保温时间5-10min;熔炼温度1150℃;较适合做坩埚的为镁砂坩埚;较适合使用的覆盖剂为镁砂+硼砂。

关键词： Cu-Cr-Zr系合金热力学热处理非真空熔炼数学模型

高强高导Cu-Cr-Zr合金非真空熔炼工艺及性能研究

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高强高导Cu-Cr-Zr合金非真空熔炼工艺及性能研究

作者：陶业卿河南科技大学

学位级别：硕士

铜合金具有良好的力学性能和优异的导电、导热性能而被广泛应用于诸多领域。随着科技的快速发展,对铜合金材料的性能也提出了更高要求,Cu-Cr-Zr合金作为典型的时效强化型合金,满足了高强高导铜合金的要求。由于熔炼过程中Cr、Zr的... 详细信息

铜合金具有良好的力学性能和优异的导电、导热性能而被广泛应用于诸多领域。随着科技的快速发展,对铜合金材料的性能也提出了更高要求,Cu-Cr-Zr合金作为典型的时效强化型合金,满足了高强高导铜合金的要求。由于熔炼过程中Cr、Zr的烧损较严重,目前大多采用真空熔炼工艺制备Cu-Cr-Zr合金,这大大限制了Cu-Cr-Zr合金的应用前景。本课题从热力学和动力学角度对熔炼过程进行了理论分析,并在非真空条件下进行Cu-Cr-Zr合金的熔铸试验,研究了热处理工艺对合金最终性能的影响。分析了Cu-Cr-Zr合金的熔铸特性,应用Φ函数法计算了熔炼过程中部分化学反应的标准摩尔吉布斯自由能变化ΔG TΘ,并以ΔG TΘ为判据,从热力学角度分析了组元Cr、Zr烧损的可能去向;从动力学角度分析了合金熔炼过程中蒸发、扩散及熔体的吸气过程。计算分析表明:熔炼温度下,Cr和Zr均能与N2、O2、C、Cu2O发生反应而损失;Zr容易与含SiO2、Al2O3的坩埚发生置换反应而损失,而与MgO坩埚不发生反应,建议实际生产中使用镁质炉衬筑炉;组元的烧损主要受扩散过程控制,而随着熔炼温度与反应气体分压的增大,熔体的吸气过程也加剧,因此应在惰性气体保护下熔炼Cu-Cr-Zr合金。使用不同材质坩埚在非真空条件下进行了Cu-Cr-Zr合金的熔铸试验,所得铸锭表面质量良好,内部无宏观缺陷。着重分析了坩埚材质、熔炼环境、熔炼时间等三个因素对合金元素最终收得率的影响。研究结果进一步验证了此前对熔炼过程进行的理论分析。用SEM分析了Cu-0.77Cr-0.45Zr合金的铸态组织。能谱及面扫描分析的结果表明:基体中出现了较多的Cr枝晶,Zr则以CuxZr化合物的形式主要偏聚于晶界。对固溶处理后的Cu-0.77Cr-0.45Zr合金进行不同参数的冷变形及时效,研究了不同热处理工艺对合金最终综合性能的影响。试验结果表明:随着时效过程的进行,固溶于铜中的溶质原子不断从基体中析出,使得合金的显微硬度和导电率均得到大幅提升;冷变形量、时效温度及时间都对合金的强化效果产生影响,该合金经60%冷变形,在500℃时效2h,其抗拉强度、显微硬度和导电率分别达到546MPa、170HV、76%IACS,达到了预期目标。

关键词： Cu-Cr-Zr合金非真空熔炼性能微观组织

Cu-Cr-Zr合金非真空熔炼过程的元素变化规律

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有色金属加工 2022年第4期51卷 27-29,33页

作者：童金林张培鑫骆越峰姚幼甫张敬恩陈国权陈国龙浙江力博实业股份有限公司浙江绍兴312050

文章分析了上引连铸Cu-Cr-Zr合金的元素变化规律和耐火材料的选用,指出采用定时加料的工艺技术,可实现上引连铸Cu-Cr-Zr合金的成分稳定;上引连铸Cu-Cr-Zr合金时,Cr元素、Zr元素与硅质和铝质的耐火材料发生反应,影响上引连铸装置的使用寿... 详细信息

文章分析了上引连铸Cu-Cr-Zr合金的元素变化规律和耐火材料的选用,指出采用定时加料的工艺技术,可实现上引连铸Cu-Cr-Zr合金的成分稳定;上引连铸Cu-Cr-Zr合金时,Cr元素、Zr元素与硅质和铝质的耐火材料发生反应,影响上引连铸装置的使用寿命,不益采用硅质、铝质耐火材料。

关键词： Cu-Cr-Zr合金非真空熔炼上引连铸

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NiSiCu合金产品质量异常分析

南方金属 2024年第2期 15-18页

作者：李燕群陈远星刘志坚陈美娜彭伟华南农业大学测试中心广东广州510640 华南农业大学材料与能源学院广东广州510640 广东省质量监督冶金(黑色)产品检验站广东广州510640

对非真空熔炼的NiSiCu合金产品质量异常原因进行分析。通过合金成分分析和性能检测及合金生产现场观察,发现合金中添加的Ni、Si元素的总量低、Ni/Si质量比不理想,导致了合金硬度偏低;另外,合金中的Fe元素等杂质含量偏高,降低了合金的导... 详细信息

对非真空熔炼的NiSiCu合金产品质量异常原因进行分析。通过合金成分分析和性能检测及合金生产现场观察,发现合金中添加的Ni、Si元素的总量低、Ni/Si质量比不理想,导致了合金硬度偏低;另外,合金中的Fe元素等杂质含量偏高,降低了合金的导电率。实施改进措施后,生产的NiSiCu合金产品质量和合格率均得到较大的提高。

关键词： NiSiCu合金非真空熔炼 Ni/Si质量比硬度导电率

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涡轮熔模铸造生产过程的工艺细化控制

铸造 2011年第11期60卷 1091-1093页

作者：黄炳荣景宗梁无锡鹰普精密铸造有限公司江苏无锡214028 郑州大禹化工产品有限公司江苏无锡214035

涡轮的结构特性是壳体壁厚与叶片壁厚相差悬殊,叶片不仅数量多壁厚薄,而且与半圆形的圆环连接成一体,因此涡轮的铸造难度大。在涡轮试生产的过程中,通过强化工艺细节的控制,在非真空熔炼、非真空浇注的条件下,生产的铸件品质满足了客户... 详细信息

涡轮的结构特性是壳体壁厚与叶片壁厚相差悬殊,叶片不仅数量多壁厚薄,而且与半圆形的圆环连接成一体,因此涡轮的铸造难度大。在涡轮试生产的过程中,通过强化工艺细节的控制,在非真空熔炼、非真空浇注的条件下,生产的铸件品质满足了客户的要求。

关键词：薄壁件非真空熔炼非真空浇注

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45GP80系列增压器整铸涡轮

机车车辆工艺 1975年第3期 9-17页

增压器涡轮的整铸工艺,早在1966—1969年由天津机车车辆机械工厂、上海新中动力机厂、南字836部队、戚墅堰机车车辆工艺研究所组成的研究小组,对50#增压器涡轮进行了研制工作,并于1970年1月经过了有关部门鉴定。但是80系列增压器涡轮的... 详细信息

增压器涡轮的整铸工艺,早在1966—1969年由天津机车车辆机械工厂、上海新中动力机厂、南字836部队、戚墅堰机车车辆工艺研究所组成的研究小组,对50#增压器涡轮进行了研制工作,并于1970年1月经过了有关部门鉴定。但是80系列增压器涡轮的工作条件比50#增压器涡轮更为恶劣、条件更为苟刻。增压器涡轮材料采用的是K13奥氏体铁基耐热合金。因此,给熔模铸造工艺和加工工艺增加了一定的

关键词：增压器涡轮材料试棒轮盘铸造性能非真空熔炼涡轮透平熔模铸造工艺铸造合金离心浇注模壳高温合金 GP

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再生铍青铜的熔剂处理

稀有金属 1985年第5期 53-56页

作者：邱顺发李植林上海有色金属压延厂

一、前言铍青铜是铜合金中机械性质、物理化学性质和抗蚀性良好结合的不可多得的合金。国外该合金目前每年仍以5～10%的速度增长。我国由于生产成本较高和存在若干技术问题,使铍青铜的推广应用受到一定的影响,产量增长缓慢。因此必须采... 详细信息

一、前言铍青铜是铜合金中机械性质、物理化学性质和抗蚀性良好结合的不可多得的合金。国外该合金目前每年仍以5～10%的速度增长。我国由于生产成本较高和存在若干技术问题,使铍青铜的推广应用受到一定的影响,产量增长缓慢。因此必须采取措施,降

关键词：金属表面青铜金属损耗生成量锡合金金属氧化物焊接材料熔剂合金熔炼焦硼酸钠钠化合物硼砂热力学性质生成热非真空熔炼