冷变形和时效对Cu-Cr合金显微组织与性能的影响

摘要

本文采用熔炼铸造、时效热处理结合冷拉拔的方式制备了Cu-Cr合金。通过TEM观察，重点研究了冷变形过程中合金显微组织尤其是Cu/Cr相界面结构的演变，分析了Cu/Cr相界面对合金力学性能、电学性能的影响;研究了时效热处理过程中影响合金电导率变化的因素;同时分析了时效和冷变形过程中合金的强化机理。
　　Cu-3％Cr合金在冷拉拔过程中，随着变形量的增大，大部分初生的Cr颗粒逐渐变形为直径10nm以下的Cr纤维。Cu晶粒也逐渐拉长演变为直径约100nm的纤维结构。晶粒内部位错密度随着变形量增大而快速增加，当变形量η＞4时，位错密度有所下降，局部出现动态回复和再结晶现象。
　　Cr相与Cu相在变形前不具有特殊取向关系，随着变形量的增加，两相界面逐渐产生K-S取向关系，且Cu/Cr界面由非共格逐渐转变为半共格甚至共格。同时，变形后相界面出现界面元素互溶区并逐渐宽化至约4nm。
　　Cu-3％Cr合金强度随着变形量增大而升高，当η＞4.5后，合金强度趋于恒定。Cr纤维的数量、直径和间距对合金强度有重要影响。大变形阶段Cu/Cr相界面由非共格转变为共格，位错滑移阻力降低，合金强度不再增加。
　　Cu-3％Cr合金电阻率随着变形量增大而增大，在η=4.5时出现一个平台。纤维界面密度的持续增加及界面元素的互溶是合金电阻率上升的主要因素。平台产生是由于Cu/Cr界面的共格化使界面的电子散射减弱。
　　在时效过程中，Cu-3％Cr合金的电导率的变化可以用Avrami相变经验方程描述，时效过程中合金的电阻率主要受Cr析出的动力学速度控制。合金电阻率变化与Matthiessen定则有良好的匹配关系，固溶原子对电子的散射是形成电阻的主要原因。
　　时效处理后，Cu-0.5％Cr合金中产生弥散的析出相，其强化机制为弥散粒子共格强化。随着变形量增加，Cu晶粒逐渐演变为纤维，晶粒内的位错密度迅速增加。当变形量较大时(η＞3)，位错胞壁逐渐演变成小角晶界。冷变形过程中位错强化和细晶强化对合金强度有重要影响。Cu-0.5％Cr合金的强度随着变形量的增加而增加，η≥3后合金强度不再有明显提高。此时沉淀强化对合金强化的贡献约为47％～49％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 高强高导铜合金在高速列车接触导线中的应用

1．3 获得高强高导铜合金的途径

1．3．1 合金化法

1．3．2 复合材料法

1．3 Cu-Cr合金的研究现状

1．3．1 形变热处理对Cu-Cr合金性能的影响

1．3．2 合金元素对Cu-Cr合金组织性能的影响

1．3．3 Cu-Cr合金中的沉淀析出相的研究

1．3．4 Cu-Cr合金的强化和导电机制

1．4 存在的问题及展望

第二章 实验方法

2．1 试样制备

2．2 显微组织观察

2．3 力学及电学性能测试

第三章 冷变形对Cu-3％Cr合金组织和性能的影响

3．1 Cu-3％Cr合金的铸态组织及时效态组织

3．1．1 合金的铸态组织

3．1．2 合金的固溶态及时效态组织

3．2 变形过程中Cu-3％Cr合金显微组织的演变

3．2．1 纤维组织的形成

3．2．2 纤维及位错亚结构

3．2．3 合金的协调变形机制

3．2．4 界面结构的演变

3．2．5 界面元素互溶情况

3．3 Cu-3％Cr合金的力学性能

3．4 合金的电学性能

3．5 本章小结

第四章 Cu-3％Cr合金时效过程中的相变行为和电学性能

4．1 Cu-3％Cr合金组织性能随时效时间的变化

4．1．1 金相显微组织

4．1．2 TEM显微组织

4．2 Cu-3％Cr合金电导率与析出动力学的关系

4．3 Cu-3％Cr合金电导率与Matthiessen定则的匹配关系

4．4 本章小结

第五章 时效和冷变形对Cu-0．5％Cr合金组织和性能的影响

5．1 Cu-0．5％Cr合金的时效强化机制

5．2 变形过程中Cu-0．5％Cr合金显微组织的演变

5．3 Cu-0．5％Cr合金的力学和电学性能

5．4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

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攻读学位期间发表的学术论文