劇烈塑性變形銅及銅合金的組織、力學(xué)和導(dǎo)電性能.pdf

1、劇烈塑性變形技術(shù)是制備塊體超細(xì)晶材料、充分挖掘材料潛力的有效途徑，其中等徑角擠壓技術(shù)(Equal channel angular pressing，ECAP)和反復(fù)鐓壓(Cyclicchannel die compression，CCDC)技術(shù)具有工業(yè)化應(yīng)用前景。本文以純銅和CuCrZr合金為研究對(duì)象，對(duì)純銅的反復(fù)鐓壓和CuCrZr合金的等徑角擠壓進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究。所開(kāi)展的探索性工作及取得的成果如下：
　　 1)通過(guò)光學(xué)

2、顯微鏡、掃描電鏡觀察了純銅反復(fù)鐓壓后的組織變化，通過(guò)硬度實(shí)驗(yàn)、拉伸實(shí)驗(yàn)以及電導(dǎo)率測(cè)試研究了純銅的性能變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：反復(fù)鐓壓與其他劇烈塑性變形技術(shù)一樣能使純銅的晶粒明顯細(xì)化，純銅的硬度和抗拉強(qiáng)度明顯提高，但斷后伸長(zhǎng)率和電導(dǎo)率下降。其斷裂性質(zhì)仍為韌性斷裂，電導(dǎo)率仍較高，表明反復(fù)鐓壓具有制備高強(qiáng)度、高導(dǎo)電純銅的潛力。高寬比對(duì)組織細(xì)化過(guò)程有影響，但對(duì)純銅多道次變形后的抗拉強(qiáng)度影響不是很明顯。B路線鐓壓更容易得到較為等軸的組織。劇烈塑性變形

3、導(dǎo)致純銅的熱穩(wěn)定性下降，在230～270℃發(fā)生再結(jié)晶。
　　 2)采用數(shù)值模擬方法研究了純銅反復(fù)鐓壓過(guò)程，分析了試樣高寬比、工藝路線以及摩擦對(duì)反復(fù)鐓壓變形分布及載荷的影響。模擬結(jié)果表明：由于摩擦的影響，鐓壓后等效應(yīng)變分布不均勻，中心區(qū)域等效應(yīng)變較高，摩擦系數(shù)越大，應(yīng)變分布越不均勻；高寬比越大，道次鐓壓變形程度越大，但所需載荷也越大。工藝路線對(duì)變形載荷以及平均等效應(yīng)變影響較小，但對(duì)鐓壓后的應(yīng)變分布影響較為明顯。
　　 3)

4、通過(guò)數(shù)值模擬方法研究了CuCrZr合金的等徑角擠壓過(guò)程，分析了模具結(jié)構(gòu)參數(shù)和擠壓條件對(duì)變形分布和載荷的影響。模擬結(jié)果表明：通道夾角越小，平均等效應(yīng)變、擠壓載荷以及試樣溫升都明顯增加。通道夾角處內(nèi)外側(cè)均采用圓角可有效降低擠壓過(guò)程中的最大載荷，提高應(yīng)變分布的均勻性。摩擦系數(shù)越大，最大擠壓載荷明顯增加，試樣下表面區(qū)域的等效應(yīng)變?cè)黾?。Bc路線擠壓4道次后等效應(yīng)變分布更均勻。
　　 4)通過(guò)光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡研究了固溶態(tài)CuCrZr合金

5、等徑角擠壓后的組織變化，通過(guò)硬度實(shí)驗(yàn)和電導(dǎo)率測(cè)試研究了不同處理狀態(tài)合金的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：ECAP10道次后CuCrZr合金的組織細(xì)化至亞微米級(jí)，晶粒較等軸、均勻。ECAP使合金的硬度大幅提高，合金的電導(dǎo)率下降。未經(jīng)ECAP變形的固溶態(tài)CuCrZr合金500℃時(shí)效2 h可獲得較好的電導(dǎo)率和硬度的配合，電導(dǎo)率為80.2％IACS，硬度為158 HV。ECAP6道次CuCrZr合金375℃時(shí)效8 h后，硬度達(dá)到了202 HV；400℃時(shí)效

6、1 h后，硬度即達(dá)到了峰值200 HV。與固溶后直接時(shí)效相比，峰值硬度明顯提高，達(dá)到硬度峰值的時(shí)間和溫度都降低。ECAP6道次CuCrZr合金在400℃時(shí)效1 h可獲得較好的電導(dǎo)率和硬度的配合，電導(dǎo)率為81.1％IACS，硬度為200HV。說(shuō)明時(shí)效前的ECAP處理明顯加速了合金的時(shí)效動(dòng)力學(xué)過(guò)程，與常規(guī)冷塑性變形手段相比，能使材料獲得更好的綜合性能。ECAP10道次CuCrZr合金的軟化溫度約為530℃，但在550℃時(shí)，合金的硬度仍高達(dá)1

7、61HV，說(shuō)明ECAP后合金的抗軟化能力并沒(méi)有降低。因?yàn)镋CAP細(xì)化了合金組織，形成了大量的畸變區(qū)，累積了更高的儲(chǔ)存能，促進(jìn)了時(shí)效時(shí)第二相的析出，使得第二相更為彌散、細(xì)小，釘扎了位錯(cuò)和晶界的運(yùn)動(dòng)，使合金在較高溫度下仍保持了良好的綜合性能。
　　 本文的研究工作表明，反復(fù)鐓壓和等徑角擠壓技術(shù)與其它劇烈塑性變形技術(shù)一樣能極大地細(xì)化材料組織、提高材料的性能。將劇烈塑性變形與合金化相結(jié)合，通過(guò)后續(xù)的組織調(diào)控，為制備高強(qiáng)度、高導(dǎo)電、高耐熱