论文部分内容阅读
高强高导Cu-Ag合金具有优良的力学性能和导电性能。近年来,随着现代科技的发展,对高强高导Cu基合金的性能提出了更高的要求。本论文在国家高新技术研究发展计划项目(863计划)(N0.2007AA03Z519)资助下,针对Cu-Ag合金凝固组织粗大,分布不均匀等问题,开展了水平磁场、强磁场和电磁搅拌作用下Cu-Ag合金显微组织及性能的研究。利用水平磁场、强磁场和电磁搅拌控制Cu-Ag合金的凝固过程,改善Cu-Ag合金凝固组织,获得性能良好的铸态合金；对性能较优的Cu-Ag母合金进行冷拉拔处理,研究合金组织与性能的变化规律,探索磁场处理进一步改善Cu-Ag合金性能的途径。研究了水平磁场对不同温度梯度方向Cu-10%Ag合金凝固组织的影响,发现温度梯度方向与磁场强度方向垂直时,水平磁场对初生Cu枝晶和共晶组织具有细化作用。研究了水平磁场对竖直方向Cu-10%Ag合金定向凝固组织的影响表明,水平磁场对Cu-10%Ag枝晶和共晶组织细化作用明显,分析认为,磁场作用产生的热电磁对流作用影响了Cu枝晶的形核过冷度和形核率。另外,利用XRD研究了水平磁场下Cu枝晶的取向,结果表明水平磁场诱使Cu枝晶的<111>峰增强。研究了强磁场对Cu-Ag合金凝固组织及合金硬度的影响,发现强磁场使初生Cu枝晶细化,共晶组织粗化,Cu枝晶内的Ag含量增加。分析认为强磁场对Cu枝晶的形核率、成分过冷及溶质扩散有一定的影响。合金硬度结果表明,磁场下合金的硬度会降低。研究了电磁搅拌对Cu-Ag合金凝固组织及性能的影响,发现随着Ag成分的升高,Cu-Ag合金的晶粒细化,并且电磁搅拌使初生Cu枝晶变短、粗化,共晶组织粗化,Cu枝晶内的Ag含量降低。分析认为电磁搅拌对Cu枝晶形核和断裂以及溶质横向扩散有重要影响。测试了合金硬度,表明随着Ag成分增加合金硬度增加,并且电磁搅拌使合金横截面的硬度降低,纵截面的硬度升高。研究了不同搅拌参数对Cu-6%Ag合金凝固组织的影响,发现随着搅拌电流和频率的增加,合金的晶粒逐渐细化,初生Cu枝晶分别转变成细长等轴晶,粗大花瓣状等轴晶和胞晶或球状晶,同时共晶组织体积形貌也随之也发生了改变。测试了合金的硬度,表明初生Cu枝晶为细长的等轴晶时,合金的硬度较高；初生Cu枝晶为花瓣状等轴晶时,合金的硬度下降；初生Cu枝晶变成球状晶时,合金的硬度又升高。测试了合金的导电率,表明初生Cu枝晶为细长等轴晶,合金导电率下降；初生Cu枝晶为粗大花瓣等轴晶时,合金的导电率升高；Cu枝晶为球状晶时,合金导电率也升高。研究了拉拔变形对有无强磁场处理的Cu-Ag合金组织的影响,发现拉拔过程中Cu-Ag合金的纵截面由网状组织转变成纤维组织,共晶纤维尺寸和间距随拉拔应变增加不断减小,并且强磁场Cu-Ag线材的共晶纤维直径明显较粗大,同时,Ag析出相纤维直径也较粗大,分布稀疏。研究了拉拔变形对电磁搅拌下凝固的Cu-Ag合金组织的影响,发现电磁搅拌试样的纤维厚度增加,纤维间距增大。通过XRD研究了电磁搅拌对Cu枝晶取向的影响,发现电磁搅拌下枝晶生长杂乱,拉拔变形使Cu枝晶的<111>取向增强。研究了拉拔变形对强磁场合金线材力学性能的影响,发现拉拔应变增加使合金的极限抗拉强度增加,塑性下降；随着合金中Ag含量的增加,合金强度不断增加,且塑性也不断增加；研究了拉拔应变对强磁场合金线导电率的影响,发现随着拉拔应变增加,合金的导电率下降,并且随着Ag含量增加,线材的导电率不断下降。导电率研究表明,小变形量下,强磁场Cu-Ag合金线的导电率均较无磁场试样下降；在η>5.6时,Cu-25%Ag合金导电率较无磁场试样升高。研究了拉拔变形对电磁搅拌合金线材力学性能的影响,发现高Ag成分的Cu-25%Ag合金性能较优。与无搅拌试样相比,拉拔应变η<3.9时,Cu-25%Ag合金线极限抗拉强度降低,在拉拔应变η>3.9时,合金线强度较无搅拌试样增大；导电率结果表明,与无搅拌试样相比,拉拔应变η<1.9时,Cu-25%Ag合金线的导电率升高,在η>1.9时,合金的导电率较无搅拌试样降低。讨论了Cu-Ag合金的强化和导电机制,发现初生Cu枝晶内Ag的固溶和Ag析出相以及Cu晶粒大小是引起合金强度差别的主要原因。讨论了电阻率的影响因素,发现拉拔应变较小时,Ag的固溶和Ag析出相是影响合金电阻率的主要因素,拉拔应变较大时,相界面密度和纤维尺寸是影响合金电阻率的主要因素。