Cu-Cr/Zr合金低温形变组织转变机理及力学性能研究

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随着交通运输、微电子等领域飞速发展,工业上对高强高导Cu合金的需求日益增加,如何兼顾高强度与高导电成为亟待解决的重要问题。本研究针对此问题对Cu-0.6Cr合金进行不同路径低温ECAP,对Cu-0.6Zr合金进行不同温度ECAP,随后对合金时效处理。运用OM、SEM、EDS、XRD、EBSD等方法对合金形变组织转变机理及析出相特征进行分析,研究了微观组织演变与性能间的关联。结果表明,Cu-0.6Cr合金低温挤压后晶粒充分细化,4道次后抗拉强度为A路径530.0 MPa,Bc路径518.1 MPa,Bd路径(相邻道次顺时针转45°)523.2 MPa。Cu-0.6Zr合金低温A路径变形4道次后抗拉强度490.9 MPa,室温4道次后抗拉强度仅429.8 MPa。Cu-0.6Cr/Zr合金挤压中主滑移面为(111)晶面,次滑移面为(200)。两种合金随挤压道次增加,断裂特征呈韧断→脆断趋势。时效后,溶质原子从过饱和固溶体析出。Cu-0.6Cr合金沿晶界析出Cr相,Cu-0.6Zr合金析出Cu5Zr相和Zr Cu相。Cu-0.6Cr合金低温挤压后的最佳时效工艺为450℃时效2 h,A路径变形4道次+时效后的抗拉强度为576.6 MPa,导电率81.6%IACS。Cu-0.6Zr合金低温挤压后的最佳时效工艺为450℃时效2 h,A路径变形4道次+时效后的抗拉强度为566.9 MPa,导电率74.0%IACS;室温挤压后的最佳时效工艺为450℃时效3 h,室温A路径变形4道次+时效后的抗拉强度为510.7 MPa,导电率76.7%IACS。合金低温形变储存能高,导致时效过程固溶原子析出速率快,因此低温变形合金达到最佳析出强化效果时间短。低温挤压更容易形成超细晶,而挤压后时效则使合金导电率提升,同时形成颗粒状析出相钉扎晶界提供二次强化。Cu-0.6Cr/Zr合金低温挤压及时效后晶粒尺寸均处亚微米级;Cu-0.6Cr合金低温挤压及时效后存在{111}<110>、{111}<112>织构;Cu-0.6Zr合金存在{111}<110>织构。两种合金织构类型均呈现(111)晶面主滑移系特征,且小角度晶界占比均>80%。分析认为低温挤压中晶粒向(100)晶面转动可有效促进位错分割→孪晶细化转变;挤压及时效后合金内稳定{111}<110>、{111}<112>织构有利于合金导电率的提升。
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