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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。