论文部分内容阅读
高强高导Cu-Cr-Zr合金广泛应用于集成电路引线框架、高速铁路电气接触线以及航空航天等众多领域。现代工业技术的不断发展,对高强高导铜合金性能的要求也越来越高。这就需要我们及时开发出新的Cu-Cr-Zr合金以及与之配套的加工技术,并深入探讨合金组织的成因与性能变化规律。本文在Cu-0.81Cr-0.12Zr合金（质量百分比,下同）基础上添加微量稀土La和Y元素,采用真空感应熔炼法制备合金铸锭,经均匀化退火后进行热轧,接着进行固溶、冷轧和时效处理,用光学显微镜和扫描电子显微镜分析了各工艺阶段合金的显微组织,用X射线衍射仪分析了试样的相组成,用高分辨透射电子显微镜分析了时效析出相的结构,用数显硬度计测试了显微硬度,用万能力学试验机测试了强度,用微欧计测定了导电率。同时采用快速凝固单辊旋铸法制备了合金薄带试样,获得了完全过饱和固溶体合金,测试了时效处理前后试样的显微硬度和导电率。此外还采用液态金属冷却定向凝固法制备了Cu-0.81Cr合金棒状试样,考察了合金的组织以及力学与电学性能。主要研究结论如下:Cu-0.81Cr-0.12Zr-0.05La-0.05Y铸锭的相组成不因稀土的加入而改变,均包含Cu、Cr和Cu5Zr三相,其中大部分Cr相以Cr+Cu共晶形态或颗粒状分布于Cu的晶界处,少量Cr颗粒分布于Cu基体内部,Cu5Zr则仅存在于Cu晶界处,但稀土元素的加入可以明显细化铸锭组织。Cu-0.81Cr-0.12Zr-0.05La-0.05Y铸锭在1193 K温度下均匀化退火60分钟后热轧,再于1223 K温度下固溶处理60分钟后冷却至室温进行冷轧,详细考察了不同轧比冷变形合金在系列温度时效不同时间后的性能,发现在冷变形60%、773 K时效处理60分钟优化工艺处理后的试样,其显微硬度达186 HV,导电率达81%IACS。对上述合金进一步施以40%的冷变形,再于723 K时效30分钟,显微硬度提高至203 HV,导电率提升至81.9%IACS,此时的抗拉强度和延伸率分别达604 MPa和8.5%。经过60%冷轧加工的Cu-0.81Cr-0.12Zr-0.05La-0.05Y合金以20 K/min的速率连续加热时,分别于653 K-698 K和743 K-823 K发生沉淀相的集中析出和基体Cu的再结晶。冷轧态Cu-0.81Cr-0.12Zr-0.05La-0.05Y合金微应变值高于纯铜,其XRD图谱中（111）Cu衍射峰强度随着时效温度的升高而不断降低,（220）Cu衍射峰强度则不断增大。Cu-0.81Cr-0.12Zr-0.05La-0.05Y合金在时效过程中析出体心立方的Cr相和面心立方的Cu5Zr相。在最佳综合性能处,部分析出相仍与基体保持共格关系,其中Cr析出相与Cu基体之间呈现Nishiyama-Wassermann位向关系:（111）Cu//（110）Cr;[011]Cu//[001]Cr;[211] Cu // [110] Cr。快速凝固Cu-0.81Cr-0.12Zr-0.05La-0.05Y合金为完全过饱和固溶体,合金在以20 K/min的速率连续加热时,反映过饱和固溶体脱溶和析出相形成的放热峰开始于655 K,结束于688 K。快淬条带在773 K时效15分钟后具有最好的综合性能:显微硬度达215 HV,导电率为77.6%IACS。该显微硬度比60%冷变形后再行时效的合金还高出29 HV,表明快淬时效比常规固溶时效具有更好的强化效果。定向凝固Cu-0.81Cr自生复合材料组织由定向排列的α-Cu枝（胞）晶和分布在其晶界上的Cu+Cr共晶增强体组成。共晶组织中的两相虽然仍为非定向性排列,但定向凝固组织中共晶体沿初生ɑ-Cu晶界纵向分布仍显著提高了定向凝固合金的强度、塑性和导电性。提高定向凝固时的温度梯度,使组织细化,在试样纵向的连续性得到改善,试样的力学和导电性能均提高。但提高抽拉速度,试样强度和导电率均是先升后降,而塑性则先降后升。