预时效工艺对Cu-Cr-Zr合金力学性能和电学性能的影响

高强高导铜合金经过塑性加工后通常具有高强度,但会严重损失塑性。因此,需要开发新工艺,从而不断提升铜合金的力学性能和电学性能。对固溶态Cu-0.7Cr-0.19Zr合金进行冷轧处理(样品SR),分别采用低温预时效、高温单级时效、低温预时效结合高温时效3种不同的处理工艺制备样品,样品分别命名为SRP, SRA和SRPA。对4种样品的微观组织、强度、塑性和导电率进行了测试。结果表明,时效处理并未造成明显再结晶,保留了超细晶结构及高密度位错。与样品SR相比,单级时效与双级时效均可促成力学与电学性能的综合提升,而双级时效比单级时效更加有效。对样品的强度、塑性和导电率的影响进行了分析。

微合金化Cu-Cr-Zr合金时效析出动力学研究

目的为制定更加合理的时效工艺和制备高性能Cu-Cr-Zr合金,探究微合金化元素Ni、Si的添加对Cu-Cr-Zr合金时效析出动力学的影响。方法在Cu-Cr-Zr合金的基础上设计制备了Cu-Cr-Zr-Ni-Si合金,通过电导率仪测量2种合金在相同形变热处理工艺下电学性能的变化并结合微观组织观察,根据合金电导率与新相转变率的关系对合金的时效析出动力学过程进行研究,绘制等温析出动力学S曲线。结果在实验设置的时效温度下,2种合金的电导率都随着时效时间的延长而升高,且时效初期电导率提升迅速,后期平缓。由拟合得到的析出动力学方程可知,2种合金的等温析出动力学S曲线较为接近。当时效温度为400℃和450℃时,Cu-Cr-Zr-Ni-Si合金的析出动力学曲线高于Cu-Cr-Zr合金的析出动力学曲线。结论在400~500℃下进行时效时,Cu-Cr-Zr合金时效析出动力学过程随温度的升高而加快。当时效温度为400℃和450℃时,微量Ni、Si元素的加入加快了Cu-Cr-Zr合金的时效析出动力学过程。

La,Fe(或Co)/Ti对Cu-Cr-Zr合金时效特性的影响

研制了新型集成电路引线框架Cu-Cr-Zr系列合金,通过电导率、硬度、抗拉强度测试以及透射电镜观察,考察了微量合金元素La,Fe/Ti,Co/Ti元素以及时效工艺对合金性能的影响。结果表明:稀土元素La可以改善A合金(Cu-Cr-Zr-Zn)的硬度及导电率;加入Fe/Ti,Co/Ti元素,大大提高了合金的强度和硬度,并使其时效的强度及硬度峰值延后。在970℃固溶处理、70%冷变形及不同温度时效2 h后,A合金(Cu-Cr-Zr-Zn)及B合金(Cu-Cr-Zr-Zn-La)在450℃时达到硬度和强度峰值,分别为HV 1 770 MPa和525 MPa及HV 1 840 MPa和554 MPa,电导率分别为78%和80%IACS;在970℃固溶处理,60%冷变形,500℃时效2 h,50%冷变形及不同温度2次时效2 h后,C合金(Cu-Cr-Zr-Zn-Fe-Ti-La)及D合金(Cu-Cr-Zr-Zn-Co-Ti-La)在450℃时达到硬度和强度峰值,分别为HV 2 120 MPa,683 MPa及HV 2 040 MPa和651 MPa,电导率分别为65%和70%IACS。

形变热处理对Cu-Cr-Zr合金时效组织和性能的影响

通过对Cu-1.0Cr-0.2Zr合金固溶处理、冷轧以及随后的时效处理工艺,研究形变及时效过程对材料力学性能、导电性能及其组织结构的影响规律。结果表明:研究合金具有很强的时效强化效应;时效前的预冷变形能显著提高Cu-1.0Cr-0.2Zr合金的力学性能而保持较高的导电性;在最佳的形变热处理工艺条件下其合金的抗拉强度和屈服强度分别达到了527.0和487.0 MPa,伸长率为12.3%,电导率为82.0%IACS。合金力学性能的提高与电学性能的小幅降低主要是由时效过程的固溶体贫化、基体的回复与再结晶以及新相的析出三个因素控制,其中细小弥散均匀分布的析出相是获得高的力学性能和导电性能的重要影响因素。

时效与形变对Cu-Cr-Zr合金性能的影响

研究了时效参数和变形量对Cu 0 .3Cr 0 .0 48Zr合金组织和性能的影响。结果表明 :合金经 92 0℃× 1h固溶后 ,在 5 5 0℃时效可获得较高的电导率 ,在 5 0 0℃时效可获得较高的显微硬度。时效前加以冷变形可以加速时效初期第二相的析出 ,使合金的性能以较快的幅度上升 ,合金经 60 %变形后 5 0 0℃时效 0 .5h时 ,电导率和显微硬度分别可达 45 .96MS/m和14 2 .2HV ,而固溶后直接时效仅为 3 3 .95MS/m和 99.7HV。

固溶时效后高强高导Cu-Cr-Zr合金的性能与显微组织研究

在测试不同固溶时效阶段Cu-Cr-Zr合金力学性能和导电性能的基础上,采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察了合金的显微组织,发现经过490℃/240min时效处理后合金达到时效强度峰值,强度的提高主要是共格弥散强化相造成。运用Gerold及其推导公式计算了共格强化导致的最大拉伸应力增量(△σcsmax)的范围,同时应用单元体导电模型和马提申定则计算了合金时效时的导电率的增量值范围,与实验数值相比误差较小。说明所建模型能较好的反映时效析出过程中的强度和导电率变化。

高强高导Cu-Cr-Zr合金时效性能

采用真空熔炼的方法制备Cu-Cr-Zr合金,研究合金的时效析出行为;借助高分辨透射电镜对合金时效析出相的组织形态进行分析,探讨合金的时效强化机制。结果表明:Cu-0.36Cr-0.03Zr合金经450℃时效4 h后获得较好综合性能,合金硬度和导电率分别达到为156 HV和82.62%IACS;通过微观分析确定经450℃时效4 h后合金中析出相为面心立方Cr相,且与基体保持共格关系;当时效时间延长至8 h时,合金中面心立方Cr相转变为体心立方Cr相;经450℃时效4 h后合金强度与硬度的提高主要由共格应变强化所造成。

Cu-Cr-Zr合金时效析出相的研究

利用高分辨电子显微镜(HRTEM)及系列欠焦像出射波函数重构技术,探明了在大气环境下,Cu-Cr-Zr合金峰值时效时存在氧化物析出相。研究结果表明:Cu-Cr-Zr合金经950℃×1.5 h固溶处理、450℃时效6 h硬度达峰值;此时样品中除早期的具有花瓣状应变场衬度的共格析出相外,另一类强化相为圆盘状形貌的CuCrO2;该氧化物析出相为三方晶系,空间群为R 3 m(166),与基体具有特定取向关系:[011]Cu//[010]CuCrO2,(111)Cu//(003)CuCrO2,惯习面为{111}Cu。

Cu-Cr-Zr合金的高温热变形行为

利用Gleeble-1500型热模拟试验机对Cu-0.6Cr-0.03Zr合金进行高温热压缩变形,研究了合金在550~750℃变形温度、0.01~5 s-1应变速率条件下的热压缩变形行为,建立Cu-0.6Cr-0.03Zr合金的热变形本构方程及热加工图。结果表明:Cu-0.6Cr-0.03Zr合金的流变应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的增大而增大;Cu-0.6Cr-0.03Zr合金的流变行为可用包含Zener-Hollomon参数的Arrhenius双曲正弦模型来描述,合金的热变形激活能为572.05 kJ/mol;Cu-0.6Cr-0.03Zr合金在高温热压缩变形时存在3个安全加工区,合金最佳热变形参数为变形温度770~800℃、应变速率0.01~0.05 s-1、功率耗散效率因子32%~40%。

Cu-Cr-Zr合金的高温热压缩变形行为

采用Gleeble-1500D热模拟试验机，对Cu-Cr-Zr合金在应变速率为0.001~10 s-1、变形温度为650~850 ℃的高温变形过程中的变形行为（流变应力和显微组织）进行研究。根据动态材料模型计算并分析该合金的热加工图，并结合变形显微组织观察确定该合金在实验条件下的高温变形机制及加工工艺。结果表明：流变应力随变形温度的升高而减小，随应变速率的提高而增大。从流变应力、应变速率和温度的相关性，得出该合金高温热压缩变形时的热变形激活能（Q）为392.5 kJ/mol，同时利用逐步回归的方法建立该合金的流变应力方程。利用热加工图确定热变形的流变失稳区，并且获得了实验参数范围内热变形过程的最佳工艺参数：温度范围为750~850 ℃，应变速率范围为0.001~0.1 s-1，并利用热加工图分析了该合金不同区域的高温变性特征以及组织变化。

液固两相介质流中Cu-Cr-Zr合金的冲蚀磨损行为

利用MCF-30冲蚀磨损实验机,对固溶态及随后经过不同形变热处理的Cu-Cr-Zr合金进行液固两相流冲蚀磨损实验,并运用扫描电镜对其微观形貌进行观察与分析。结果表明：在两种不同介质冲蚀磨损实验中,固溶态合金冲蚀磨损质量损失最大,且随形变时效后加工变形程度的增大,冲蚀磨损质量损失呈先逐渐下降然后上升的变化趋势;添加少量石英砂（10 g/L）后,合金冲蚀磨损质量损失约增加19%-35%;铜合金线材二次加工变形率在50%-80%之间时,具有良好的抗冲蚀磨损性能。

热轧工艺对Cu-Cr-Zr合金力学性能和电学性能的影响

应用热轧在线淬火和随后的形变热处理相结合的工艺制备Cu-Cr-Zr合金板材,通过显微硬度、电导率、金相和TEM测试手段分析合金在加工制备过程中性能和组织的变化。研究结果表明:合适的热轧在线淬火工艺只需一次加热便能完成均匀化和快速热轧-淬火处理,达到在线固溶的目的;经热轧在线淬火工艺处理的合金组织细小、均匀,为后续的冷加工和时效处理提供良好的组织准备;于920℃热轧在线淬火能更好地满足实际生产和综合性能的要求。当热轧温度为920℃时,热轧在线淬火后的Cu-Cr-Zr合金,经80%冷轧并在450℃时效30min后其硬度和电导率分别可达180和80.1%IACS。

非真空熔炼Cu-Cr-Zr合金的性能研究

探讨了用中频感应炉在大气条件下熔炼高强高导Cu-Cr-Zr合金的工艺。同时使用了镁砂坩埚和石墨坩埚,熔炼温度控制在1250～1350℃,用石墨+木炭覆盖,Zr以中间合金的方式加入。试验结果表明,该工艺在大气下熔炼合金能够明显减少吸气;镁砂坩埚能够防止合金元素和石墨反应生成碳化物,提高了元素的收得率;铸锭成分稳定均匀、组织致密;Cr以单质的形式存在,而Zr与Cu形成了化合物,主要分布于晶界;通过其后续处理能够得到高性能铜合金。

微量Ce对Cu-Cr-Zr合金性能的影响

研究了C e对电气化铁路用高强高导接触线Cu-C r-Z r合金的强度、硬度、导电性和耐高温性等的影响。结果表明:微量C e的加入可以提高Cu-C r-Z r合金的强度、硬度和耐热性,抗拉强度可达637M Pa,导电率为82.16%IACS,相对于Cu-C r-Z r合金强度提高了56M Pa,而导电性略有降低。

基于人工神经网络的Cu-Cr-Zr合金时效强化性能预测研究

本文首次利用神经网络对Cu Cr Zr合金时效温度和时间与硬度和导电率样本集进行学习 ,采用改进的BP网络算法———Levenberg Marquardt算法 ,建立了时效强化工艺BP神经网络模型。预测结果表明 :该BP神经网络可以充分挖掘样本蕴含的领域知识 。

热处理工艺对Cu-Cr-Zr合金组织及性能的影响

为了研究固溶时效处理工艺对Cu-0.37Cr-0.18Zr合金的显微组织和导电率的影响,在固溶温度920～1000℃和固溶时间0.5～2.5h,时效温度450～500℃和时效时间13～20h条件下,通过扫描电镜观察固溶时效后合金的微观组织和析出相的形态,并测得相应条件下的导电率数值。确定了较好的固溶时效工艺,在980℃固溶2h,450℃时效20h,合金抗拉强度可以达到440 MPa,导电率可以达到80%IACS。

Cu-Cr-Zr合金电滑动磨损微观形貌分析

对经真空熔炼、热锻、固溶和时效处理、拉拔变形获得的Cu0.40Cr0.10Zr合金线材进行了电滑动磨损试验,利用扫描电镜对合金磨损后的合金微观形貌进行了观察和分析。结果表明,CuCrZr合金在磨损过程中,表层先产生塑性变形和加工硬化现象。在较大电流(50A)作用下,合金次表层中会产生明显再结晶层,与表面未再结晶层之间存在较大拉应力,从而促进磨损裂纹的萌生和扩展,加速磨损过程。加工过程中产生的裂纹,将对合金的磨损性能产生不利影响。

Cu-Cr-Zr合金热变形行为及动态再结晶

在Gleeble-1500D热模拟试验机上对Cu-Cr-Zr合金在应变速率为0.001~10 s-1、变形温度为650~850℃的高温变形过程中的流变应力行为进行了研究。利用光学显微镜分析了合金在热变形过程中的组织演变及动态再结晶机制。结果表明:流变应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的提高而增大。升高变形温度以及降低应变速率,均有利于Cu-Cr-Zr合金的动态再结晶发生。从流变应力、应变速率和温度的相关性,得出了该合金高温热压缩变形时的热变形激活能Q为392.5 kJ/mol,同时利用逐步回归的方法建立了该合金的流变应力方程。

Cu-Cr-Zr合金线材织构研究

通过分析合金取向分布函数(ODF)及其反极图,研究了塑性加工率与时效处理过程对Cu-Cr-Zr合金线材织构组分及其择优程度的影响;分析了Cu-Cr-Zr合金线材织构组分及其变化与材料性能的对应关系。认为以{111}为主要组分的纤维织构有利于提高线材强度,较大的道次加工量可以提高线材纤维织构组分的锐度。高铜Cu-Cr-Zr合金具有良好的塑性,可以采用40%以上的道次加工率进行线材加工,以得到较高的{111}纤维织构。合理安排中间时效处理与最终塑性加工工艺,可以大幅度提高Cu-Cr-Zr合金线材的导电率,获得具有理想综合性能的Cu-Cr-Zr合金。

高强度高导电Cu-Cr-Zr合金的研究现状

从合金的成分设计、制备技术和热处理工艺三方面综述了高强高导Cu-Cr-Zr合金的研究现状。适量稀土的加入能够提高合金的强度、硬度和软化温度。与常规熔炼工艺相比,快速凝固能大大提高合金的综合性能。时效前的冷变形能够促进第二相析出,显著提高合金的强化效果。该类合金将向多元微合金化方向发展,尚需解决的主要问题是Zr元素在非真空熔炼过程中的烧损。