【摘 要】
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铜合金的高强度和高电导率是两个相互矛盾的性能,如何在保证铜合金具有较高导电率同时提高其强度是高强高导铜合金领域中的技术难题。目前组织超细化及纳米化被认为是获得高强高导铜及铜合金的可行途径和研究热点。本文以CuCrZr合金为研究对象,探索了初始母材对搅拌摩擦加工加工效果的影响。并通过改变加工参数及冷却方式等,研究了加工区组织的演化规律。测定了不同加工条件下铜合金的拉伸性能和电阻率,为获得制备高强高导
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铜合金的高强度和高电导率是两个相互矛盾的性能,如何在保证铜合金具有较高导电率同时提高其强度是高强高导铜合金领域中的技术难题。目前组织超细化及纳米化被认为是获得高强高导铜及铜合金的可行途径和研究热点。本文以CuCrZr合金为研究对象,探索了初始母材对搅拌摩擦加工加工效果的影响。并通过改变加工参数及冷却方式等,研究了加工区组织的演化规律。测定了不同加工条件下铜合金的拉伸性能和电阻率,为获得制备高强高导铜合金新方法提供理论支撑。研究发现:对母材进行预变形能有效地提高加工区金属的等效应变,进而促进了加工区组织的细化。其加工区组织演变过程为:在强压-剪变形作用下形成几十纳米宽的剪切带组织,这些微剪切带在流变应力与动态回复作用下被高密度位错墙分割为细小的亚晶组织,亚晶在热-力耦合作用下逐渐向大角晶粒转变。通过对比不同冷却方式下得到的CuCrZr合金的组织与性能,发现采用无轴肩的搅拌针对CuCrZr合金进行FSP时,由于溶质原子与析出相阻碍了位错运动,使动态回复受到抑制,所需温度提高,施加外部冷却并不利于加工区组织的细化。即通过采用无轴肩的FSP方法制备超细晶CuCrZr合金时,其组织的有效细化不仅需要较高的等效应变还需要一定的温度。因此当搅拌针转速提高到1200 rpm时(不仅提高了等效应变还提高了产热),不同试样的组织与性能均得到明显地改善。是否预先析出沉淀相,对CuCrZr合金加工后的组织性能有显著的影响。加工前析出沉淀相能在加工后得到更好的成型效果与更高的强度、塑性、硬度及导电性。但是,与先加工后析出沉淀相相比,提前析出沉淀相会影响沉淀相的均匀性,使其在最终时效时无法有效阻止晶粒长大,导致强度下降。而先加工后析出沉淀相,不仅可以防止析出相在加工时阻碍晶粒细化,还能提高细小弥散分布的析出相的体积分数,抑制时效过程中晶粒长大。最优加工工艺路径是:固溶+轧制+(空冷、1200 rpm转速与20 mm/min的行进速度)FSP+450℃时效处理;最优性能匹配是:806 MPa的抗拉强度、241HV的平均硬度和76.6%IACS的电导率的优良组合。
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