碲铜合金微合金化及形变热处理工艺研究

摘要

随着现代工业迅猛发展和大量需求，高强度、高导电的铜合金材料的研究与开发得到越来越多的关注。这类合金可以广泛应用于焊接接头材料、电子开关触头以及高速电力机车的线材、引线框架材料等。碲铜合金是一种新型的铜合金材料，由于碲元素无法溶解到铜合金基体中，而是以第二相的形式（Cu2Te）分布在晶间或晶内，因此对电子的散射作用较小，导致对铜的导电性影响不大。但由于第二相Cu2Te很软，对位错的运动阻碍作用较小，因此，碲对铜的力学性能提高有限。伴随着高强度与高导电率之间的矛盾，在碲铜合金基础上开发新型的高强高导电铜合金材料具有重要的意义。 本文以Cu-Te合金为研究对象，分别加入微量合金元素Zr和稀土La，分析微合金元素对碲铜合金组织与性能的影响。对微合金化后的合金进一步冷加工变形和热处理，分析变形和热处理工艺对合金组织与性能的影响，从而获得较高强度与导电性的Cu-Te合金。通过实验分析得到以下结论： 不同含量Zr对碲铜合金的晶粒细化作用不明显，晶粒尺寸与碲铜合金相差不大。随着Zr元素含量增加，除了少量溶解在基体中，Zr元素主要分布在晶界处，且在晶界处呈不均匀分布，主要以含Cu、Te、Zr的第二相在晶界析出。Cu-Te-Zr合金的断裂方式为典型的脆性断裂，由于晶界上有脆性第二相，脆性相在晶界面上覆盖不连续，微合金元素发生偏聚，产生微孔聚合型沿晶断裂。Zr元素的加入未能改善合金的抗拉强度与伸长率。但是加入Zr元素可以进一步提高Cu-Te合金的导电率和布氏硬度，其中加入0.06%Zr合金的导电率达到峰值95.0%IACS，硬度峰值为41.6HBW，与Cu-Te合金相比分别提高了6.4%和20.2%。 稀土微合金化元素起到细化基体组织、净化晶界、去除杂质、减少或消除柱状晶的作用。实验结果表明：添加稀土La使铸态碲铜合金晶粒细化，同时碲铜合金的显微组织由大块柱状晶变为较细小的等轴晶。稀土La可以改善合金的抗拉强度和塑性，当添加0.08%的稀土La时，碲铜合金抗拉强度和伸长率分别为162.1MPa和26.2%，与未添加La元素碲铜合金相比，分别提高了67%和113%。碲铜合金的导电性能随着La元素的添加呈现先增加后降低的趋势，当La元素含量为0.01%时，导电率达到峰值89.65%IACS，随着稀土含量进一步增加，碲铜合金的导电性及显微硬度整体呈小幅下降趋势。 对Cu-Te-La合金通过冷轧变形和热处理，可以改善合金的综合性能。Cu-Te-0.08La合金经过70%冷轧变形后，合金呈纤维组织结构，且冷轧后的合金抗拉强度和显微硬度大大提高，分别为356.9MPa和118.6HV，分别提高了120%和164%，伸长率下降至8%。导电率略有提升，达到87.58%IACS。经70%冷轧变形后的Cu-Te-0.08La合金在不同温度和时间下退火，随着退火温度提高和时间延长，再结晶晶粒逐渐取代纤维变形组织。其中经70%冷轧变形后的Cu-Te-0.08La合金在400℃退火0.5h后可获得良好的综合性能，显微硬度为108.6HV，导电率值为88.79%IACS。在400℃退火1h后，导电率为88.57%IACS，抗拉强度达到264.8MPa，伸长率为29.1%，显微硬度为105.4HV。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 高强高导铜合金的发展及应用

1.2.1 高强高导铜合金常见合金系列

1.2.2 高强高导铜合金应用领域

1.3 高强高导铜合金的强化方法

1.3.1 合金化法

1.3.2 复合材料法

1.4 合金元素对铜合金的性能影响

1.4.1 碲元素在铜合金中的作用

1.4.2 稀土元素在铜合金中的作用

1.4.3 锆在铜合金中的作用

1.5 课题研究目的及内容

2 材料制备与实验方法

2.1 原材料制备

2.2 熔炼设备和工艺

2.3 形变热处理工艺

2.4 微观组织及性能分析方法

2.4.1 成分分析（XRF）

2.4.2 显微组织观察

2.4.3 力学性能分析

2.4.4 导电性能分析

2.4.5 硬度测试

3 Cu-Te-Zr组织和性能分析

3.1 Zr元素对碲铜合金显微组织的影响

3.2 Zr元素对碲铜合金性能的影响

3.2.1 力学性能

3.2.2 导电性能

3.3 本章小结

4 Cu-Te-La组织和性能分析

4.1 La元素对碲铜合金显微组织的影响

4.2 La元素对碲铜合金性能的影响

4.2.1 力学性能分析

4.2.2 显微硬度分析

4.2.3 导电率测试

4.3 本章小结

5 轧制Cu-Te-La合金热处理工艺研究

5.1 变形工艺

5.2 退火温度对Cu-Te-La合金显微组织和性能影响

5.2.1 显微组织观察

5.2.2 显微硬度分析

5.2.3 导电率测试

5.3 退火时间对Cu-Te-La合金显微组织和性能影响

5.3.1 显微组织观察

5.3.2 力学性能分析

5.3.3 导电率测试

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

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