表面塑性变形强化Cu-1.2Cr-0.6Zr合金的微观组织及导电性

摘要

铜-铬-锆合金属于典型的析出强化型高强高导的铜合金，目前广泛用于高铁接触导线、点焊电极等领域。通常采用新成分设计、大塑性变形、时效热处理等几种方法相结合来提高铜-铬-锆铜合金强度，同时尽可能保持其高导电性。然而，上述方法提高合金强度的同时均会导致其内部晶格畸变严重、位错大量增殖团聚、第二相析出长大等一系列问题，严重影响导电性。 本文通过扭转变形对预拉伸的铜-铬-锆合金棒材施加表面剪切应变。剪切塑性变形从试样表面开始向芯部延伸，形成一个由表面“变形层”和内部“原芯区”组成的“芯-壳”结构。这种结构使铜-铬-锆合金表面硬度提高的同时，保持了铜合金高导电性。围绕这一方向分析展开了以下工作： （1）研究采用低合金成分Cu-1.2Cr-0.6Zr合金。在有限元软件中建立了Cu-Cr-Zr合金材料库，对Cu-Cr-Zr合金棒材进行不同变形速率、不同变形量下的扭转变形模拟分析。有限元模拟结果表明：此Cu-1.2Cr-0.6Zr棒材在扭转达9圈时即发生塑性变形失效；另外扭转过程中棒材表面所受的最大应力远大于芯部所受的应力。根据模拟结果可知，由于扭转造成的应力变化是从棒材表面向芯部逐渐增大的，因此可通过控制变形量来实现Cu-1.2Cr-0.6Zr合金棒材的表面塑性变形强化； （2）通过XRD、OM、SEM、EBSD、TEM等方法，对表面塑性变形前后Cu-1.2Cr-0.6Zr合金试样芯部和表面的微观组织进行表征。分别得到塑性变形后试样“变形区”和“原芯区”的组织、晶粒、位错、第二相、晶格畸变等； （3）用显微硬度计测试表面塑性变形前后铜-铬-锆合金棒材表面和芯部的显微硬度；通过QJ44双臂电桥和KEITHLEY电表两种方法测试变形前后铜-铬-锆合金试样的电阻值；分析不同变形量对铜-铬-锆合金棒材硬度和导电性的影响。 结果表明，Cu-1.2Cr-0.6Zr合金棒材表面塑性变形之后，芯部显微硬度值从150HV提高到186HV，表面显微硬度值从190HV提高到201HV。而合金导电率从原始的79%IACS降低到72~73%IACS。

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第一章绪论

1.1 前言

1.2 高强高导铜-铬-锆合金的发展

1.3 铜-铬-锆合金的强化

1.3.1 固溶、时效强化

1.3.2 大塑性变形强化

1.4 本课题研究内容及意义

第二章 实验研究方案

2.1 研究对象

2.2前期有限元模拟

2.3 实验仪器及设备

2.4 材料表征与测试

2.4.1 成分分析

2.4.2 表面氧化性测试

2.4.3 XRD物相分析

2.4.4 显微组织形貌分析

2.4.5 织构分析

2.4.6 透射电镜分析

2.5 性能测试

2.5.1 显微硬度测试

2.5.2 导电性测试

2.6 本章小结

第三章 Cu-1.2Cr-0.6Zr合金表面塑性变形的有限元模拟

3.1 Cu-1.2Cr-0.6Zr模型建立

3.2 Cu-1.2Cr-0.6Zr材料库建立

3.3 Cu-1.2Cr-0.6Zr变形条件

3.4 Cu-1.2Cr-0.6Zr表面塑性变形模拟结果

3.5 本章小结

第四章 表面塑性变形强化对Cu-1.2Cr-0.6Zr合金显微组织的影响

4.1 XRD物相结构分析

4.2 金相组织分析

4.3 扫描电镜分析

4.4 织构分析

4.5 透射电镜分析

4.6 本章小结

第五章 表面塑性变形强化对Cu-1.2Cr-0.6Zr合金性能的影响

5.1显微硬度

5.2 导电性

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 课题总结

6.2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢