高强高导铜合金的焊接性能研究

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1、高强高导铜合金的焊接性能研究摘要高强高导Cu．Cr．Zr合金是近年来新发展起来的功能结构材料，具有较高的强度、良好的塑性和优良的导电性能，在工业领域中有着广泛的应用。本文针对典型的Cu．Cr．Zr合金，首先应用ANSYS软件，对其平板对接钨极氩弧焊(TIG)的焊接动态温度场进行了模拟与分析研究。选用双椭球热源模型，利用函数功能实现热源移动。采用过渡网格划分，考虑了相变潜热以及材料物理性能随温度的变化，模拟了不同焊接工艺参数下的温度场。根据Cu．Cr．Zr合金焊接温度场数值模拟结果，拟定了相应的焊接工艺参数，使用TIG焊对Cu．Cr．Zr合金进行了焊接工艺试验。采用光学显微镜、扫描电

2、镜、能谱仪、硬度计、万能试验机、导电率测试仪等现代分析测试手段研究了TIG焊工艺对Cu．Cr．Zr合金焊接接头的微观组织、力学性能及电学性能的影响，并探讨了不同的焊后热处理工艺对接头组织、力学与电学性能的影响及变化规律，确定了最佳焊后热处理工艺参数。研究结果表明：Cu．Cr．Zr合金经TIG焊后，焊接接头的抗拉强度由母材的400MPa下降到224．74MPa，接头的硬度下降严重，表明焊接接头区产生了软化现象，认为“过时效’’是接头发生软化的主要原因。接头的导电率由80％IACS下降到68．09％IACS，并分析了其导电率下降的原因。在对焊接接头分别进行不同温度固溶1h和不同温度时效

3、1～4h的热处理试验后，结果表明Cu．Cr．Zr合金最佳的焊后热处理工艺为950℃固溶lh+450℃时效3h。Cu．Cr．Zr合金接头热处理后，其焊缝区和热影响区的硬度都得到了很大的提高，抗拉强度提高到324．23MPa，导电率提高为78．42％IACS，接近母材水平。显微组织观察发现接头经热处理后，其晶粒细小均匀、组织中存在高密度的孪晶和数量多，尺寸细小的析出相。断口分析发现，焊态下的焊接接头断裂处为焊缝区，断裂方式为韧性断裂，热处理状态下的焊接接头断裂位置为熔合区，断裂方式为韧性断裂和穿晶断裂混合型。能谱分析表明，焊态下合金基体中没有发现Cr粒子析出，合金经过热处理后断裂韧窝中

4、有大量细小的Cr粒子以沉淀相的形式析出弥散分布在基体中，证明Cu．Cr．Zr合金的强化是通过Cr粒子的析出强化和高密度的孪晶共同作用实现的。关键词：Cu．Cr．Zr合金；TIG焊；固溶时效；导电率；力学性能StudyonweldabilityofHighStrengthandHighConductivitycopperAlloyABSTRACTHigh．strengthandhigh．conductivityCu—Cr—Zralloyisthenewfunctionalstructurematerialinrecentyears，ithasthecharactersofhighst

5、rength，goodplasticityandexcellentconductivity,andithasawiderangeofapplicationintheindustrialfield．Inthispaper,ANSYSsoftwarewasfirstlyadoptedtosimulateandanalysistheflatbuttTIGweldingdynamictemperaturefieldofatypicalCu·Cr·Zralloy．Thedouble．ellipsoidiSchosenasheatsourcemodels，andusedcommandtoapp

6、lyloadofmovingheatsource．Thetransitiongridofmeshesareused，alsotheimpactofphasechangelatentisconsideredadequately．Besides，thevaryingthermalandmechanicalpropertieswithtemperaturevaryingaretakenintoaccountlnsimulatethetemperaturefieldunderdifferentweldingparameters．Accordingtothenumericalsimulati

7、onresultsofCu-Cr-Zralloyweldingtemperaturefield，workedoutthecorrespondingweldingparameters．WeldingprocesstestwascarriedoutforCu—C卜ZralloybyTIGwelding．Theopticalmicroscope，scanningelectronmicroscopy(SEM)withenergydispersivespectrometer(E