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大容量汽轮发电机转子槽楔铜合金研制及高温性能研究

作　者: 曾刚
导　师: 谢春生
学　校: 江苏科技大学
专　业: 材料学
关键词: 汽轮发电机槽楔铜合金固溶时效导电率蠕变
分类号: TG146.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 31次
引　用: 1次
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内容摘要

随着国民经济的高速发展,我国对电力的需求迅猛增长,而超（超）临界汽轮发电机组因热效率高、煤耗低、产生的污染少,受到国内的高度重视与发展。铜合金槽楔是汽轮发电机组核心构件转子的重要结构件之一,长期在高温下连续工作,为了确保发电机组的安全可靠运行,研制综合性能优良的超（超）临界汽轮发电机用槽楔铜合金,替代进口产品,实现国产化,具有重要的工程应用价值。本文利用我国资源丰富、不用或少用贵重元素、对环境产生污染少的元素,研制了一系列的槽楔铜合金,并运用万能材料试验机、硬度机和涡流导电仪等手段来研究热处理过程中铜合金力学性能和电学性能的变化,运用金相显微镜、SEM、XRD等仪器来研究合金元素的加入对材料微观结构的影响和变化规律,并从理论上分析和解释其相关机制。同时,考虑到实际工程中的应用,对部分合金的高温性能作了初步的研究。研究结果表明:（1）新研制的9种合金,经（950±10℃）×1.5h固溶+30⁴0%冷变形+（480±20℃）×3⁴h时效可获得较佳的综合性能,在室温性能研究中,CuNiCrSiBeZr系2#合金、CuNiCoCrBeZr系4#、5#、6#合金均达到了0#合金的性能指标,2#合金的硬度达到HB 225,导电率为47.24 %IACS,抗拉强度达到831 MPa,屈服强度达到765 Mpa,延伸率为16.09 %;在427℃高温拉伸试验中,CuNiCoCrBeZr系4#、5#和6#合金均达到了0#合金指标性能,其中,4#合金的抗拉强度σb为531MPa,屈服强度σ0.2为529MPa,延伸率δ5达到了11.5 %。（2）室温拉伸断口分析表明,CuNiCrSiBeZr系3#合金和CuNiCoCrBeZr系6#合金为韧性断裂,CuNiCrBeSiZr系7#合金为韧性的准解理断裂;高温拉伸断口分析表明,CuNiCrSiBeZr系3#合金为沿晶脆性断裂,CuNiCoCrBeZr系6#合金为较多微孔聚集型韧窝和较少准解理断裂组成的混合断裂;而且5#和6#合金的软化温度分别达到了616℃、606℃,具有较高的抗软化性能。（3）经过分析,CuNiCrSiBeZr系合金的时效析出相为Cr、Cr2Zr、Cu3Zr、Ni5Si2,可能含有CuBe、NiBe、ZrBe等细小粒子,CuNiCoCrBeZr系合金的时效析出相为Cr、Cr2Zr、Ni11Zr9、Co0.52Cu0.48,可能含有CuBe、NiBe、ZrBe、CoBe等细小粒子,CuNiCrBeSiZr系合金的析出相为Cr、Cr2Zr、Cu3Cr、Ni10Zr7、NiSi,可能含有CuBe、NiBe、ZrBe等细小粒子。这些多种第二相化合物的析出,正是合金中多元微量元素交互作用的结果,使合金获得比较好的强化效果。（4）CuNiCoCrBeZr系的4#、5#和6#合金的高温硬度比0#合金CuCo2BeZr的高温硬度高,且4#、5#和6#合金的高温硬度依次增加;在427℃,250MPa的条件下,CuNiCoCrBeZr系6#合金与0# CuCo2BeZr合金相比具有较好的抗蠕变性能,断裂时间长达149.7 h,稳态蠕变速率为4.96×10^-5 h^-1,裂纹呈沿晶断裂为主,部分穿晶断裂的混合断裂模式。（5）对新研制的CuNiCoCrBeZr系6#合金进行高温蠕变试验,但CuNiCoCrBeZr系4#、5#和6#合金,均能满足汽轮发电机组转子在高温恶劣条件下的使用要求,其中,6#合金的硬度达到HB 247,导电率为52.93 %IACS,抗拉强度达到861 MPa,屈服强度达到805 Mpa,延伸率为15.08 %;在427℃高温拉伸试验中,其抗拉强度σb为596MPa,屈服强度σ0.2为590MPa,延伸率δ5达到了10.2 %。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-14
第1章绪论  14-28
  1.1 引言  14-16
  1.2 高强度高导电铜合金的制备方法  16-22
    1.2.1 合金化法  16-20
    1.2.2 复合材料法  20-22
  1.3 合金元素对铜合金的影响  22-26
    1.3.1 添加元素在铜合金中各自的具体作用  23-24
    1.3.2 添加元素间的交互作用  24-26
  1.4 论文研究的意义和内容  26-28
    1.4.1 论文研究的意义  26-27
    1.4.2 论文研究的内容  27-28
第2章材料制备与试验方法  28-36
  2.1 材料的制备  28-30
    2.1.1 合金成分设计  28
    2.1.2 合金的熔炼铸造  28-29
    2.1.3 试样的制备  29-30
  2.2 试验材料及设备  30-31
    2.2.1 试验材料  30
    2.2.2 试验设备  30-31
  2.3 热处理工艺原理  31-33
    2.3.1 固溶处理  31
    2.3.2 时效  31-32
    2.3.3 冷变形+时效  32-33
  2.4 材料的组织与性能研究  33-36
    2.4.1 显微组织结构分析  33
    2.4.2 力学性能研究  33-34
    2.4.3 电学性能研究  34
    2.4.4 高温性能研究  34-36
第3章热处理工艺对合金组织及性能研究  36-67
  3.1 引言  36
  3.2 材料铸态及锻态的组织与性能  36-38
    3.2.1 铸态组织与性能  36-37
    3.2.2 锻态组织与性能  37-38
  3.3 固溶处理对合金的微观组织及性能的影响  38-43
    3.3.1 固溶温度对合金组织与性能的影响  38-43
  3.4 时效对合金的微观组织及性能的影响  43-52
    3.4.1 时效温度对合金硬度与导电率的影响  43-47
    3.4.2 时效时间对合金硬度与导电率的影响  47-51
    3.4.3 时效后的合金微观组织  51-52
  3.5 变形量对合金时效过程的影响  52-65
    3.5.1 冷变形对合金时效后性能的影响  52-57
    3.5.2 冷变形+时效后合金的显微组织分析  57-60
    3.5.3 冷变形+时效后合金的X 射线分析  60-62
    3.5.4 冷变形+时效后合金的室温拉伸试验结果及分析  62-65
  3.6 本章小结  65-67
第4章材料的高温性能研究  67-81
  4.1 引言  67
  4.2 材料的高温拉伸性能研究  67-70
    4.2.1 试验方法  67-68
    4.2.2 试验结果及分析  68-70
  4.3 材料的软化温度试验  70-71
    4.3.1 试验方法  70
    4.3.2 试验结果及分析  70-71
  4.4 材料的高温硬度研究  71-72
    4.4.1 试验方法  71
    4.4.2 试验结果及分析  71-72
  4.5 材料的高温蠕变性能研究  72-80
    4.5.1 高温蠕变研究的理论基础  72-75
    4.5.2 试验方法  75-76
    4.5.3 试验结果及分析  76-80
  4.6 本章小结  80-81
结论  81-83
参考文献  83-87
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  87-88
致谢  88-89
详细摘要  89-93

大容量汽轮发电机转子槽楔铜合金研制及高温性能研究

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