Cu-Cr-Zr合金线杆非真空上引连铸生产工艺研究

研究了采用非真空上引连铸工艺生产Cu-Cr-Zr合金线杆过程中,合金元素Cr、Zr含量变化规律、冷却速度对产品表面质量的影响。试验结果表明:非真空条件下,合金液中Cr比较稳定,收得率可达89%,波动量15 g/t以内。通过改变覆盖方式和间断添补中间合金的方式可大幅减少Zr的损耗率,实现对其含量准确控制,Zr总收得率可达49%,波动范围66 g/t以内;在上引连铸Cu-Cr-Zr合金线杆的过程中,采用一般的冷却速度会导致线杆表面开裂,甚至会引起出现线杆断裂现象,采取措施提高冷却速度可有效减少断杆和线杆表面开裂的现象。

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。

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。

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。

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。

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。

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系合金非真空熔炼过程的热力学分析

对Cu-Cr-Zr系合金非真空熔炼过程进行热力学分析,分别计算Cu、Cr和Zr等合金组元与炉气、坩埚、炉衬和炉渣反应的吉布斯自由能变化,分析合金熔炼过程中相关反应的可能性,并对部分分析结果进行实验验证。结果表明,在熔炼温度下,炉气中微量氧气和氮气都能与合金组元中的铬和锆发生化学反应而使其烧损;金属氧化物ZrO2和MgO等对于铬和锆具有良好的化学稳定性,可以作为熔炼Cu-Cr-Zr系合金的坩埚和炉衬材料。

高强高导Cu-Cr-Zr系合金材料的研究进展

分析了Cu-Cr-Zr系合金的国内外发展状况,其性能与添加合金化元素、制备技术和显微组织的相互关系,并指出了需进一步研究的几个问题。

高强高导Cu-Cr-Zr系合金的研究进展

从合金的设计、制备方法和显微组织结构三方面综述了高强高导Cu-Cr-Zr系合金的研究现状,从凝固和时效两个角度提出该类合金今后的研究发展方向,即多元微合金化、多种强化手段的综合合理应用、熔炼工艺和铸造方法的优化设计以及合金显微组织结构的深入研究。

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。

Cu-Cr-Zr-Ce合金时效特性的研究

研究了时效参数和变形量对Cu-0.35Cr-0.038Zr-0.055Ce合金性能的影响。结果表明:合金经920℃×1h固溶后,在500℃时效2h可获得较高的导电率和硬度;时效前对合金加以冷变形可加速第二相的析出,如合金经60%变形后在500℃时效0.5h时,导电率可达69.0%IACS,显微硬度达152.8HV,而固溶后直接时效导电率仅为56.3%I-ACS,显微硬度为130HV;微量稀土元素Ce的加入,使合金的显微硬度提高了18～25HV,而导电率略有降低。

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%。

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。

Cu-Cr-Zr系合金非真空熔铸工艺研究

研究了非真空条件下Cu-Cr-Zr系合金的熔铸工艺,分析了覆盖剂和脱氧剂等对合金元素氧化烧损和收得率的影响。研究结果表明,合金元素以中间合金的方式加入,采用Cu-Mg中间合金进行脱氧,使用木炭、磷片石墨和专用复合覆盖剂保护熔体,能够有效地控制合金成分,熔体中合金元素在4～5h内能够保持稳定的收得率,Cr收得率80%～95%,Zr收得率60%～80%。合金经固溶时效处理后组织致密,成分均匀,晶内晶界主要以Cr2Zr相及球状Cr相弥散分布。熔铸工艺可实现Cu-Cr-Zr系合金在非真空条件下大吨位锭坯的连铸生产。

引线框架用Cu-Cr-Zr合金的加工与性能研究

主要对引线框架用Cu-Cr-Zr合金的加工与性能进行了研究,通过对固溶态、时效态合金性能的研究分析,发现在合理的固溶时效与形变热处理工艺条件下,可获得抗拉强度为540.4MPa,电导率为84%IACS的高性能Cu-Cr-Zr合金带材。

Cu-Cr-Zr-Ce-Y合金时效析出特性和受电磨损行为研究

对Cu-Cr-Zr-Ce-Y合金时效析出特性、受电滑动磨损形貌及电磨损机理进行研究。结果表明:Cu0.34Cr0.06Zr0.03Ce0.03Y合金在950℃固溶1h后,在480℃时效处理能获得较高的显微硬度和导电率。时效前冷变形能大大加快析出相的析出,析出相对位错的钉扎作用强烈阻碍合金再结晶的形核和长大,使合金产生明显的时效硬化。固溶合金经60%冷变形后在480℃时效2h,其显微硬度和导电率分别高达163HV和79.78%IACS,而固溶后直接时效时仅为119HV和68.25%IACS。受电磨损时,合金的磨损量随加载电流的提高而增加,其主要磨损机制为粘着磨损、磨粒磨损及电蚀磨损。

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。