SPD深冷制备纳米结构Cu-Cr-Zr合金组织与性能研究

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随着新科技的进步,工业领域发展突飞猛进,其中铜及其合金材料成为当下的重要材料。具有高强度、高导电等优异性能的Cu-Cr-Zr合金成为了应用领域的研究热点,但Cu-Cr-Zr合金存在着导电性能不足难以满足实际工业应用的弊端。因此,在有色金属材料领域,对于解决Cu-Cr-Zr合金的高强度与高导电的失衡已成为亟待突破的关键问题。以Cu-1.0Cr-0.1Zr(wt.%)合金材料为研究对象,本文提出了(1)等通道变形(ECAP)+深冷处理(DCT)+时效和(2)连续等通道变形(ECAP-Conform)+DCT+时效两种复合工艺。比较分析了ECAP、ECAP-Conform变形道次与DCT保温时间、时效对Cu-Cr-Zr合金组织与性能的影响,研究了Cu-Cr-Zr合金强度与导电提升的微观机理。(1)Cu-Cr-Zr合金经DCT处理后,晶体尺寸从固溶态的55μm细化至49μm,且出现了大量的孪晶结构,析出了Cr、Zr相粒子,空位浓度降低,析出相尺寸大小稳定,DCT处理(12h)后位错在晶界处及晶粒内部堆积,呈黑色网状或团絮状结构,同时位错密度增加。力学性能和导电性能都得以提高。DCT(12h)后其显微硬度、抗拉强度、断裂伸长率和导电率分别为98.6HV、231.1MPa、43.2%、32.8%IACS。(2)Cu-Cr-Zr合金随着ECAP(1、2、4P)挤压道次的增加,晶粒显著细化,形变带不断拉长呈片层状,4道次ECAP变形后晶体尺寸约为295nm。高密度位错缠结塞积于晶界处,位错强化效果显著,DCT处理后晶粒进一步细化至270nm,且析出了细小弥散分布的Cr、Zr相粒子,ECAP(4P)+DCT处理(12h)其显微硬度、抗拉强度、断裂伸长率和导电率分别为175.2HV、491.0MPa、18.6%、30.4%IACS。(3)三道次ECAP-Conform后晶体尺寸从固溶态的55μm细化至283nm,晶体尺寸得到有效的细化晶界处以及晶界内都缠结塞积了高密度位错,该缺陷对于材料力学性能的提高有很大的帮助,显微硬度达154.6HV,抗拉强度和断裂伸长率分别为420.3MPa、19.0%,导电率为32.9%IACS。试样在ECAP-Conform(3P)+DCT处理(4h)后材料的晶体尺寸约为262nm,显微硬度、抗拉强度、断裂伸长率和导电率分别为171.2HV、440.5MPa、19.4%、35.8%IACS。(4)时效促进了第二相粒子析出,通过钉扎位错实现力学性能的大幅提升,此时合金内部缺陷减少,降低了对电子的散射,改善了材料的导电性能。ECAP(4P)+DCT(12h)+时效峰值(450℃×1h)后显微硬度、抗拉强度、断裂伸长率、导电率分别为219.9HV、561.6MPa、18.5%、83.5%IACS;ECAP-Conform(3P)+DCT处理(4h)+时效峰值(475℃×1h)处理后显微硬度、抗拉强度、断裂伸长率和导电率分别为208.1HV、489.1MPa、18.3%、81.2%IACS。
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