科学技术和现代工业的迅猛发展,对铜基复合材料的强度性能和导电性能都提出了更高要求。本文通过热力学分析、参考已有研究工作以及实际生产的可行性,设计并制备了有可能实现高强度和高电导性相匹配的Cu-10Cr-XZr(X=0、0.2、0.4、0.6)系复合材料。利用ABAQUS6.5软件对强烈塑性变形(拉拔和累积叠轧)制备Cu-10Cr-XZr(X=0、0.2、0.4、0.6)系复合材料的工艺过程进行了有限元模拟,采用金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪等分析手段,系统深入地研究了该复合材料棒材的基体以及增强纤维的组织演变过程,分析了Zr含量、变形应变以及退火温度对棒材强度和电导率的影响,并讨论了累积叠轧工艺对Cu-Cr-Zr系复合材料板材的显微组织、力学电学性能、表面织构以及结合强度的影响,探索了大塑性变形下Cu/Cr界面扩散原理以及Cr纤维高温失效模型。得出以下结论：(1)模拟结果表明拉拔过程中产生的塑性变形不均匀,弹性变形或者塑性变形主要靠近拉拔试样表面。拉拔速率的增大,减小了最大等效应力,但对等效应变影响不大。摩擦系数对于拉拔变形中总能量具有较大影响。当摩擦系数介于0～0.1时,变形中的总能量增幅较小。而当摩擦系数增大到0.1以后,随着摩擦系数的增大,变形中总能量的数值迅速增加。(2)模拟发现累积叠轧工艺过程中产生的塑性变形比较均匀,只有在轧辊接入部位存在少量应力集中。但是随着变形量的增大,在轧辊接入部位的网格出现了严重的压缩和拉伸,应力应变分布也有不均匀的现象,若在实际实验中则容易出现应力集中,导致裂纹产生。此外还发现单道次制备变形量为75%板材时出现轧制无法进行的情况。在实际实验中应尽量避免单道次变形量≥75%的叠轧。(3)微量合金元素Zr的添加,能够细化Cr相,在Cu-10Cr-0.4Zr和Cu-10Cr-0.6Zr合金中没有发现典型的Cr树枝晶。Cu-10Cr-XZr(X=0、0.2、0.4、0.6)四种合金铸态下Cr相的平均宽度分别为15.8μm、14.4μm、6.3μm和4.7μm。大塑性变形后,较细小的Cr相比粗大的Cr更易生成均匀细小的纤维。当变形应变为6.2时,Cu-10Cr形变复合材料平均纤维厚度为0.5～1μm,而Cu-10Cr-0.4Zr形变复合材料平均纤维厚度可达250nm左右。(4) Cu-10Cr-XZr(X=0、0.2、0.4、0.6)系形变复合材料在冷拉拔过程中,Cr相在纵向主要经历以下四个阶段：自由取向→扁化和旋转→搭接与合并→均匀化；而在横向,Cr主要经历的阶段包括：自由取向→扁化和旋转→弯曲与扭折→不规则化。(5) Cu-10Cr-0.4Zr形变复合材料的纤维厚度D与变形应变η可由式D=9.77396exp(-2.8η)表示。纤维厚度与Cu-10Cr-XZr(X=0、0.2、0.4、0.6)系形变复合材料的强度为分段式函数关系：当η<4.2,强度增量为：当η≥4.2时,强度增量为：应用上述模型计算得到的材料强度与实测值基本吻合。(6)根据退火过程中Cr相纤维的热稳定性研究提出Cu-Cr-Zr形变复合材料高温纤维的失稳模型—纤维诱导迁移合并机制。该模型认为Cr纤维的失稳过程主要包括：次生纤维粘附于主纤维表面、次生纤维团聚球化、进一步团聚球化并向边界移动、次生纤维球体与主纤维边缘合并以及主纤维发生柱状化转变五个阶段。Cu-10Cr-XZr(X=0、0.2、0.4、0.6)形变复合材料Cu基体中阻碍晶界迁移的阻力主要来源于三部分：纤维Cr/Cu相界面阻碍、形变织构阻碍以及孪晶界阻碍。(7)在单道次下,形变量为50%、55%、60%、65%和70%时,复合材料结合界面特征与纯金属材料结合界面特征有较大差异。在变形量为50%时,复合材料结合界面由Cu基体组成。当变形量增加到55%时,结合界面由Cu基体和增强相共同组成。变形量增加到60%以上时,结合界面变得平直,结合效果较好。层间结合力测试表明：当变形量增加到60%～70%以后,材料的最大结合力提高到600N以上,故单道次下对Cu-10Cr-0.4Zr复合材料进行累积叠轧处理的最佳变形量应该为60%左右。