بررسی تجربی و تحلیلی تاثیر شرایط عملیات حرارتی رسوب سختی بر ریزساختار، خواص مکانیکی و هدایت الکتریکی آلیاژ مس- 4/0 % کروم

مهندسی متالورژی و مواد

مقاله 3، دوره 33، شماره 2 - شماره پیاپی 26، شهریور 1401، صفحه 25-40   

نوع مقاله: علمی و پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jmme.2022.72467.1026

نویسندگان

وحید نوروزی فرد^{* 1}؛ امیر طالبی²

¹گروه مکانیک، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول، دزفول، ایران.

²مجتمع دانشگاهی مواد و فناوریهای ساخت، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران.

چکیده

در این مقاله تاثیر دمای پیرسختی بر ریزساختار، خواص مکانیکی و الکتریکی آلیاژ مس- 4/0 % کروم مورد بررسی قرار گرفته است. فرآیند محلول‌سازی در دمای 950 درجه سانتیگراد به مدت یک ساعت و پیرسازی در دماهای مختلف 200، 300، 400، 500 و 600 درجه سانتی‌گراد به مدت 5 انجام گرفت. ریزساختار نمونهها توسط میکروسکوپ الکترونی گسیل میدانی بررسی گردید. علاوه بر این، یک مدل تحلیلی جهت تعیین میزان رسوب عناصر آلیاژی و استحکام تسلیم نمونه‌ها بکمک آنالیز کمی تصاویر ریزساختار و هدایت الکترکی آنها ارایه شده است. با افزایش دمای رسوب سختی تا 500 درجه سانتی‌گراد تعداد رسوبات افزایش و اندازه آنها کاهش می‌یابد. استحکام تسلیم، استحکام کششی و توان کارسختی در دماهای 200 و 300 درجه سانتی گراد نسبت به نمونه محلول‌سازی شده کاهش، در دمای 400 و 500 درجه سانتی‌گراد افزایش و مجددا در دماهای بالاتر کاهش می‌یابند. استحکام کششی و استحکام تسلیم در شرایط بهینه رسوب سختی نسبت به نمونه محلولسازی شده به ترتیب 7/21 و 7/51 % افزایش داشته‌اند. با افزایش دمای رسوب سختی تا دمای 500 درجه سانتیگراد هدایت الکتریکی بطور پیوسته افزایش یافته و در دمای بالاتر از 500 درجه تقریبا ثابت می‌ماند. همچنین مقایسه نتایج تست کشش با نتایج مدل نشان داد که مدل ارایه شده در این مقاله با دقت خوبی قادر به پیش‌بینی تنش تسلیم نمونه‌های پیر سخت شده است.

کلیدواژه‌ها

رسوب سختی؛ ریزساختار؛ خواص مکانیکی؛ مدل تحلیلی؛ هدایت الکتریکی

مراجع

1. Lu, D. P., Wang, J., Zeng, W. J., Liu, Y., Lu, L., and De Sun, B., “Study on high-strength and high-conductivity Cu-Fe-P alloys,” Materials Science and Engineering A, Vol. 421, No. 1–2, pp. 254–259, (2006).
2. Chen, X., Jiang, F., Jiang, J., Xu, P., Tong, M., and Tang, Z., “Precipitation, recrystallization, and evolution of annealing twins in a Cu-Cr-Zr alloy,” Metals (Basel)., Vol. 8, No. 4, pp. 1–15, (2018).
3. Liu, Q., Zhang, X., Ge, Y., Wang, J., and Cui, J. Z., “Effect of processing and heat treatment on behavior of Cu-Cr-Zr alloys to railway contact wire,” Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science, Vol. 37, No. 11, pp. 3233–3238, (2006).
4. Hatakeyama, M. et al., “3D-AP and positron annihilation study of precipitation behavior in Cu-Cr-Zr alloy,” Journal of Nuclear Materials, Vol. 386–388, No. C, pp. 852–855, (2009).
5. Suvorova, A. A., Danilov, I. V., Kalinin, G. M., and Korostelev, A. B., “Heat treatment effects on the microstructure and properties of Cu–Cr–Zr alloy used for the ITER blanket components,” Nuclear Materials and Energy, Vol. 15, No. November 2017, pp. 80–84, (2018).
6. Su, J. H., Dong, Q. M., Liu, P., Li, H. J., and Kang, B. X., “Research on aging precipitation in a Cu-Cr-Zr-Mg alloy,” Materials Science and Engineering A, Vol. 392, No. 1–2, pp. 422–426, (2005).
7. Tang, N. Y., Taplin, D. M. R., and Dunlop, G. L., “Precipitation and aging in high-conductivity Cu–Cr alloys with additions of zirconium and magnesium,” Materials Science and Technology, Vol. 1, No. 4, pp. 270–275, (1985).
8. Zhou, H. T., Zhong, J. W., Zhou, X., Zhao, Z. K., and Li, Q. B., “Microstructure and properties of Cu-1.0Cr-0.2Zr-0.03Fe alloy,” Materials Science and Engineering A, Vol. 498, No. 1–2, pp. 225–230, (2008).
9. Shuai, G. W., Fang, P., and Liu, Z. M., “Effects of Fe and P additions on microstructures and properties of Cu-Cr-Zr resistance spot welding electrode alloy,” Applied Mechanics and Materials., Vol. 651–653, pp. 20–23, (2014).
10. Huang, F. X., “Microsture and Properties of a Cu-Cr-Zr-Fe-Ti Alloy,” Applied Mechanics and Materials., Vol. 723, pp. 556–560, (2015).
11. Zhang, Y. et al., “Aging behavior and precipitates analysis of the Cu-Cr-Zr-Ce alloy,” Materials Science and Engineering A, Vol. 650, pp. 248–253, (2016).
12. Li, M. et al., “Microstructures and mechanical properties of the novel CuCrZrFeTiY alloy for fusion reactor,” Journal of Nuclear Materials., Vol. 532, p. 152063, (2020).
13. Fernee, H., Nairn, J., and Atrens, A., “Precipitation hardening of Cu-Fe-Cr alloys Part I Mechanical and electrical properties,” Journal of Materials Science., Vol. 6, No. 36, pp. 2711–2719, (2001).
14. Gao, N., Huttunen-Saarivirta, E., Tiainen, T., and Hemmilä, M., “Influence of prior deformation on the age hardening of a phosphorus- containing Cu-0.61wt.%Cr alloy,” Materials Science and Engineering A, Vol. 342, No. 1–2, pp. 270–278, (2003).
15. Guo, F. A., Xiang, C. J., Yang, C. X., Cao, X. M., Mu, S. G., and Tang, Y. Q., “Study of rare earth elements on the physical and mechanical properties of a Cu-Fe-P-Cr alloy,” Materials Science and Engineering B: Solid-State Materials for Advanced Technology., Vol. 147, No. 1, pp. 1–6, (2008).
16. Wang, Y., Fu, H., Wang, J., Zhang, H., Li, W., and Xie, J., “Enhanced combination properties of Cu-0.8Cr alloy by Fe and P additions,” Journal of Nuclear Materials., Vol. 526, p. 151753, (2019).
17. Xu, S., Fu, H., Wang, Y., and Xie, J., “Effect of Ag addition on the microstructure and mechanical properties of Cu-Cr alloy,” Materials Science and Engineering A, Vol. 726, No. April, pp. 208–214, (2018).
18. Zhao, Z., Xiao, Z., Li, Z., Ma, M., and Dai, J., “Effect of magnesium on microstructure and properties of Cu-Cr alloy,” Journal of Alloys and Compounds., Vol. 752, pp. 191–197, (2018).
19. Zhang, P., Jie, J., Gao, Y., Li, H., Wang, T., and Li, T., “Influence of cold deformation and Ti element on the microstructure and properties of Cu-Cr system alloys,” Journal of Materials Research., Vol. 30, No. 13, pp. 2073–2080, (2015).
20. Fu, S. et al., “Effect of aging process on the microstructure and properties of Cu–Cr–Ti alloy,” Materials Science and Engineering A, Vol. 802, p. 140598, (2021).
21. Dong, Q., Shen, L., Cao, F., Jia, Y., Liao, K., and Wang, M., “Effect of Thermomechanical Processing on the Microstructure and Properties of a Cu-Fe-P Alloy,” Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 24, No. 4, pp. 1531–1539, (2015).
22. Jeong, E., Han, S., Goto, M., and Kim, S., “Effects of thermo-mechanical processing and trace amount of carbon addition on tensile properties of Cu-2.5Fe-0.1P alloys,” Materials Science and Engineering A, Vol. 520, No. 1–2, pp. 66–74, (2009).
23. Krishna, S. C., Gangwar, N. K., Jha, A. K., Pant, B., and George, K. M., “Enhanced strength in Cu-Ag-Zr alloy by combination of cold working and aging,” Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 23, No. 4, pp. 1458–1464, (2014).
24. Liu, Y., Li, Z., Jiang, Y., Zhang, Y., Zhou, Z., and Lei, Q., “The microstructure evolution and properties of a Cu-Cr-Ag alloy during thermal-mechanical treatment,” Journal of Materials Research, Vol. 32, No. 7, pp. 1324–1332, (2017).
25. Wang, K., Liu, K., and Zhang, J., “Microstructure and properties of aging Cu – Cr – Zr alloy,” Rare Metals, Vol. 33, No. 2, pp. 134–138, (2014).
26. Wen, H., Topping, T. D., Isheim, D., Seidman, D. N., and Lavernia, E. J., “Strengthening mechanisms in a high-strength bulk nanostructured Cu-Zn-Al alloy processed via cryomilling and spark plasma sintering,” Acta Materialia, Vol. 61, No. 8, pp. 2769–2782, (2013).
27. “Equilibrium Diagrams: Selected copper alloy diagrams illustrating the major types of phase transformation,” Copper Development Association, (1992).
28. Bauccio, M. L., ASM Metals Reference Book, 3rd Edition. ASM international, (1993).
29. Zeon, S., Choi, E., Hwan, S., Kim, S., Lee, J., and Field, B., “Progress in Materials Science Alloy design strategies to increase strength and its trade-offs together,” Progress in Materials Science, Vol. 117, No. August, p. 100720, (2021).
30. Olafsson, P. and Sandstro, R., “Calculations of electrical resistivity for Al - Cu and Al - Mg - Si alloys,” Materials Science and Technology, Vol. 17, No. 6, pp. 655–662, (2001).
31. Guinier, A., “Structure of age-hardened aluminium-copper alloys,” Nature, Vol. 142, pp. 569–570, (1938).
32. Preston, G. D., “Structure of age-hardened aluminium-copper alloys,” Nature, Vol. 142, pp. 570-571, (1938).
33. Monzen, R. and Watanabe, C., “Microstructure and mechanical properties of Cu-Ni-Si alloys,” Materials Science and Engineering A, Vol. 483–484, No. 1-2 C, pp. 117–119, (2008).
34. Zare, A. and Ekrami, A., “Effect of martensite volume fraction on work hardening behavior of triple phase (TP) steels,” Materials Science and Engineering A, Vol. 528, No. 13–14, pp. 4422–4426, (2011).
35. Guo, Z. and Li, L., “In fluences of alloying elements on warm deformation behavior of high-Mn TRIP steel with martensitic structure,” Materials & Design, Vol. 89, pp. 665–675, (2016).