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摘 要：Cu-Cr合金是新一代中压大功率真空开关触头材料之一，有着广泛的应用前景。本文研究了Cu-25Cr合金触头材料，对其铸态、锻后以及固溶后组织进行了观察和比较。为了进一步提高其性能，研究了时效温度、时效时间和时效前冷变形量对Cu-25Cr合金电导率的影响。
结果表明：Cu-25Cr合金在Cu-25Cr合金在950℃×1h固溶后，未变形、40%变形、80%变形在480℃时效均可获得较高的电导率，分别达到58%IACS、64%IACS、60%IACS，但趋于该电导率所需的时间不同，未变形、40%变形、80%变形后时效时间分别为6h、1h、40min。
关键词：Cu-25Cr合金，固溶，时效，电导率
Cu-Cr合金是指以Cu为基体，加入Cr和微量其它合金元素形成的一系列合金。针对目前国内大功率真空开关导电触头合金材料的产品品种、数量，尤其是性能远不能满足我国真空断路器产业的高速发展之现状，研制新型大功率真空开关触头材料Cu-25Cr，简化生产工艺流程、改善产品性能、降低生产成本，从而建立具有自主知识产权的合金体系具有重大意义。
因此，本实验采用真空感应熔炼法制备Cu-Cr合金触头材料，并通过添加微量稀土元素来提高其性能，以便获得性能优良的触头材料。
一 试验材料的制备
合金的熔炼是在洛阳铜加工集团ZG-0.01型10kg真空感应炉中进行的大气熔炼，采用纯度为99.95%以上的高纯阴极电解铜、高纯Cr，按一定的顺序和一定的质量分数逐步加入合金元素进行熔炼，浇铸成直径84mm、重约8Kg的圆柱形铸锭。
对合金在SRJK-3-12型管式电阻炉中进行固溶处理（950℃×1h），得到110×3×1.1mm的试样。
二 试验方法
1、变形和热处理
为了研究不同变形量、时效温度和时效时间对合金导电率和硬度的影响，将固溶态试样进行轧制变形，轧制变形是在自制φ60mm×80mm轧辊的手动轧机上进行。变形量按以下公式计算：
变形量=（原始厚度-轧制后厚度）/原始厚度×100% ，变形量分别为0%、40%、80%，经表面处理后测定其导电率和硬度，并对其组织与性能进行测试。
时效在SRJK-3-12管式电阻炉中进行，氮气保护，用ZK-1型可控硅电压调整器控温（PID控温），输入电压由TDG-3型自耦变压器控制。正常工作时误差为±2℃。为了研究不同变形量、时效温度和时效时间对合金导电率和硬度的影响，分别选用不同的变形量（0%、40%、80%）、不同的时效温度（400℃、440℃、480℃、520℃）和不同的时效时间（20min、40min、1h、2h、4h、6h），对合金进行时效处理。时效后在空气中冷却。
2、抗拉强度测试
将铸态、锻后、固溶以及变形后（0%、40%、80%）试样，分别在日本SHIMAZU AG- I 250kN型万能电子拉伸试验机拉伸机上进行抗拉试验，拉伸速度为1mm/min。
3、测量、分析仪器及方法
对时效变形后的试样进行电阻测量，电阻测量设备为ZY9987型数字式微欧计，试样尺寸为长（100～130）mm×宽（2～3）mm×厚（0.2～0.3）mm，测量误差≤±0.02μΩ。根据下面的公式进行导电率（%IACS，国际退火铜标准）计算：
将测得的数据，代入式（2-2），即可求出试样的电导率。每个温度下、时效不同时间后，取出试样在空气冷却，用砂纸打磨掉氧化皮，然后测量电导率。
三 变形量和时效处理对电导率的影响
图3-1为固溶合金后时效温度对电导率的影响，可见Cu-25Cr合金在400℃-520℃时效时，随着温度的提高，合金的电导率也随之上升，并且时效初期第二相比较快速度析出，故合金的电导率快速提高，如未变形的合金520℃时效1h便从35%IACS上升到50%IACS；随着时效时间的延长，基体中固溶的合金元素含量减小，过饱和度降低，析出第二相的量逐渐减小，并且有聚集长大的倾向，故随时间延长电导率提高变缓。
冷变形处理可使晶体内产生大量的空位、位错等缺陷，这些缺陷可促进时效时析出物的形核，提高溶质原子的扩散速度，从而加快第二相的析出。图3-2为时效温度和时间对Cu-25Cr合金固溶后40%变形组织电导率的影响。40%变形的合金在480℃和520℃两个温度时效1h均从35%IACS上升到58%IACS；80%变形的合金480℃时效1h便从37%IACS上升到58%IACS。随着时效时间的延长，合金的过饱和度降低，第二相的析出速度变慢，电导率的增加渐缓，如未变形的合金520℃时效6h仅增至65%IACS；40%变形的合金在480℃和520℃两个温度时效6h仅增至60%IACS。
图3-3为时效温度和时间对Cu-25Cr合金固溶后80%变形组织电导率的影响。80%变形的合金480℃时效6h仅增至60%IACS。CuCr25合金时效前施以40%-80%的形变量，在随后的时效过程中对第二相的析出速度影响很大，其关系曲线如图所示。从图中可以看出，在時效初期，由于冷变形使合金内部位错、空位等缺陷增多，溶质原子扩散的通道及析出相形核的部位增多，加速了第二相的析出，使合金的电导率快速提高，Cu-25Cr合金未变形在520℃时效1h从35%IACS上升到50%IACS；而40%变形在480℃和520℃两个温度时效1h均从35%IACS上升到58%IACS和80%变形在480℃时效1h便从37%IACS上升到58%IACS。
四 结论
Cu-25Cr合金在950℃×1h固溶后，未变形、40%变形、80%变形在480℃时效均可获得较高的电导率，分别达到58%IACS、64%IACS、60%IACS，但趋于该电导率所需的时间不同，未变形、40%变形、80%变形后时效时间分别为6h、1h、40min。
参考文献：
[1] 张程煜，王立彬，丁秉钧，真空感应熔炼CuCr25合金氧含量的影响因素[J].真空科学与技术.2002，（3）：157-162
[2] Maric—Francoise Devismcs等. CuCr25触头材料对真空灭弧室开断性能的影响[J] .真空电器技术.2004（2）：33-39
[3] 杨朝聪.高强度导电合金的研究及进展[J] .云南冶金.2000，29（6）：26-29
[4] 刘平，田保红，赵冬梅.铜合金功能材料[M] .北京：科学出版社，2004：45
结果表明：Cu-25Cr合金在Cu-25Cr合金在950℃×1h固溶后，未变形、40%变形、80%变形在480℃时效均可获得较高的电导率，分别达到58%IACS、64%IACS、60%IACS，但趋于该电导率所需的时间不同，未变形、40%变形、80%变形后时效时间分别为6h、1h、40min。
关键词：Cu-25Cr合金，固溶，时效，电导率
Cu-Cr合金是指以Cu为基体，加入Cr和微量其它合金元素形成的一系列合金。针对目前国内大功率真空开关导电触头合金材料的产品品种、数量，尤其是性能远不能满足我国真空断路器产业的高速发展之现状，研制新型大功率真空开关触头材料Cu-25Cr，简化生产工艺流程、改善产品性能、降低生产成本，从而建立具有自主知识产权的合金体系具有重大意义。
因此，本实验采用真空感应熔炼法制备Cu-Cr合金触头材料，并通过添加微量稀土元素来提高其性能，以便获得性能优良的触头材料。
一 试验材料的制备
合金的熔炼是在洛阳铜加工集团ZG-0.01型10kg真空感应炉中进行的大气熔炼，采用纯度为99.95%以上的高纯阴极电解铜、高纯Cr，按一定的顺序和一定的质量分数逐步加入合金元素进行熔炼，浇铸成直径84mm、重约8Kg的圆柱形铸锭。
对合金在SRJK-3-12型管式电阻炉中进行固溶处理（950℃×1h），得到110×3×1.1mm的试样。
二 试验方法
1、变形和热处理
为了研究不同变形量、时效温度和时效时间对合金导电率和硬度的影响，将固溶态试样进行轧制变形，轧制变形是在自制φ60mm×80mm轧辊的手动轧机上进行。变形量按以下公式计算：
变形量=（原始厚度-轧制后厚度）/原始厚度×100% ，变形量分别为0%、40%、80%，经表面处理后测定其导电率和硬度，并对其组织与性能进行测试。
时效在SRJK-3-12管式电阻炉中进行，氮气保护，用ZK-1型可控硅电压调整器控温（PID控温），输入电压由TDG-3型自耦变压器控制。正常工作时误差为±2℃。为了研究不同变形量、时效温度和时效时间对合金导电率和硬度的影响，分别选用不同的变形量（0%、40%、80%）、不同的时效温度（400℃、440℃、480℃、520℃）和不同的时效时间（20min、40min、1h、2h、4h、6h），对合金进行时效处理。时效后在空气中冷却。
2、抗拉强度测试
将铸态、锻后、固溶以及变形后（0%、40%、80%）试样，分别在日本SHIMAZU AG- I 250kN型万能电子拉伸试验机拉伸机上进行抗拉试验，拉伸速度为1mm/min。
3、测量、分析仪器及方法
对时效变形后的试样进行电阻测量，电阻测量设备为ZY9987型数字式微欧计，试样尺寸为长（100～130）mm×宽（2～3）mm×厚（0.2～0.3）mm，测量误差≤±0.02μΩ。根据下面的公式进行导电率（%IACS，国际退火铜标准）计算：
将测得的数据，代入式（2-2），即可求出试样的电导率。每个温度下、时效不同时间后，取出试样在空气冷却，用砂纸打磨掉氧化皮，然后测量电导率。
三 变形量和时效处理对电导率的影响
图3-1为固溶合金后时效温度对电导率的影响，可见Cu-25Cr合金在400℃-520℃时效时，随着温度的提高，合金的电导率也随之上升，并且时效初期第二相比较快速度析出，故合金的电导率快速提高，如未变形的合金520℃时效1h便从35%IACS上升到50%IACS；随着时效时间的延长，基体中固溶的合金元素含量减小，过饱和度降低，析出第二相的量逐渐减小，并且有聚集长大的倾向，故随时间延长电导率提高变缓。
冷变形处理可使晶体内产生大量的空位、位错等缺陷，这些缺陷可促进时效时析出物的形核，提高溶质原子的扩散速度，从而加快第二相的析出。图3-2为时效温度和时间对Cu-25Cr合金固溶后40%变形组织电导率的影响。40%变形的合金在480℃和520℃两个温度时效1h均从35%IACS上升到58%IACS；80%变形的合金480℃时效1h便从37%IACS上升到58%IACS。随着时效时间的延长，合金的过饱和度降低，第二相的析出速度变慢，电导率的增加渐缓，如未变形的合金520℃时效6h仅增至65%IACS；40%变形的合金在480℃和520℃两个温度时效6h仅增至60%IACS。
图3-3为时效温度和时间对Cu-25Cr合金固溶后80%变形组织电导率的影响。80%变形的合金480℃时效6h仅增至60%IACS。CuCr25合金时效前施以40%-80%的形变量，在随后的时效过程中对第二相的析出速度影响很大，其关系曲线如图所示。从图中可以看出，在時效初期，由于冷变形使合金内部位错、空位等缺陷增多，溶质原子扩散的通道及析出相形核的部位增多，加速了第二相的析出，使合金的电导率快速提高，Cu-25Cr合金未变形在520℃时效1h从35%IACS上升到50%IACS；而40%变形在480℃和520℃两个温度时效1h均从35%IACS上升到58%IACS和80%变形在480℃时效1h便从37%IACS上升到58%IACS。
四 结论
Cu-25Cr合金在950℃×1h固溶后，未变形、40%变形、80%变形在480℃时效均可获得较高的电导率，分别达到58%IACS、64%IACS、60%IACS，但趋于该电导率所需的时间不同，未变形、40%变形、80%变形后时效时间分别为6h、1h、40min。
参考文献：
[1] 张程煜，王立彬，丁秉钧，真空感应熔炼CuCr25合金氧含量的影响因素[J].真空科学与技术.2002，（3）：157-162
[2] Maric—Francoise Devismcs等. CuCr25触头材料对真空灭弧室开断性能的影响[J] .真空电器技术.2004（2）：33-39
[3] 杨朝聪.高强度导电合金的研究及进展[J] .云南冶金.2000，29（6）：26-29
[4] 刘平，田保红，赵冬梅.铜合金功能材料[M] .北京：科学出版社，2004：45