劇烈塑性變形銅及銅合金的組織、力學和導電性能.pdf

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

2、顯微鏡、掃描電鏡觀察了純銅反復鐓壓后的組織變化，通過硬度實驗、拉伸實驗以及電導率測試研究了純銅的性能變化。實驗結果表明：反復鐓壓與其他劇烈塑性變形技術一樣能使純銅的晶粒明顯細化，純銅的硬度和抗拉強度明顯提高，但斷后伸長率和電導率下降。其斷裂性質仍為韌性斷裂，電導率仍較高，表明反復鐓壓具有制備高強度、高導電純銅的潛力。高寬比對組織細化過程有影響，但對純銅多道次變形后的抗拉強度影響不是很明顯。B路線鐓壓更容易得到較為等軸的組織。劇烈塑性變形

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

4、通過數(shù)值模擬方法研究了CuCrZr合金的等徑角擠壓過程，分析了模具結構參數(shù)和擠壓條件對變形分布和載荷的影響。模擬結果表明：通道夾角越小，平均等效應變、擠壓載荷以及試樣溫升都明顯增加。通道夾角處內外側均采用圓角可有效降低擠壓過程中的最大載荷，提高應變分布的均勻性。摩擦系數(shù)越大，最大擠壓載荷明顯增加，試樣下表面區(qū)域的等效應變增加。Bc路線擠壓4道次后等效應變分布更均勻。
　　 4)通過光學顯微鏡、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，通過硬度實驗和電導率測試研究了不同處理狀態(tài)合金的性能。實驗結果表明：ECAP10道次后CuCrZr合金的組織細化至亞微米級，晶粒較等軸、均勻。ECAP使合金的硬度大幅提高，合金的電導率下降。未經ECAP變形的固溶態(tài)CuCrZr合金500℃時效2 h可獲得較好的電導率和硬度的配合，電導率為80.2％IACS，硬度為158 HV。ECAP6道次CuCrZr合金375℃時效8 h后，硬度達到了202 HV；400℃時效

6、1 h后，硬度即達到了峰值200 HV。與固溶后直接時效相比，峰值硬度明顯提高，達到硬度峰值的時間和溫度都降低。ECAP6道次CuCrZr合金在400℃時效1 h可獲得較好的電導率和硬度的配合，電導率為81.1％IACS，硬度為200HV。說明時效前的ECAP處理明顯加速了合金的時效動力學過程，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，合金的硬度仍高達1

7、61HV，說明ECAP后合金的抗軟化能力并沒有降低。因為ECAP細化了合金組織，形成了大量的畸變區(qū)，累積了更高的儲存能，促進了時效時第二相的析出，使得第二相更為彌散、細小，釘扎了位錯和晶界的運動，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，反復鐓壓和等徑角擠壓技術與其它劇烈塑性變形技術一樣能極大地細化材料組織、提高材料的性能。將劇烈塑性變形與合金化相結合，通過后續(xù)的組織調控，為制備高強度、高導電、高耐熱