高強高導銅基引線框架材料研制及稀土元素在銅合金中作用機制研究.pdf

1、本文在優(yōu)化銅鉻合金制備工藝的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了CuRE和CuCrRE合金在不同熱處理狀態(tài)下的組織、性能特點；結(jié)合形變強化考察了等溫時效過程中再結(jié)晶與析出過程的相互作用及其對合金性能的影響；定量分析了鉻元素的存在形式等各類因素對合金硬度和電導率的影響；分析了稀土元素在銅合金中的作用效果及其機理。本研究達到了預期的目的，獲得了以下具有理論及實際意義的研究成果： 1、在分析銅鉻合金熔煉特性的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了銅鉻合金熔煉工藝。采用真空感應

2、熔煉技術(shù)制備銅鉻系合金，探討了不同澆注工藝對合金鑄錠組織及偏析的影響，結(jié)果表明：利用真空直接加鉻煉制Cu-0.8wt％Cr合金，采用合適的熔煉和澆注工藝，可以較精確控制合金成分；在低的澆注溫度和大冷卻速度下可以獲得幾乎無宏觀偏析、鑄造缺陷很少的銅鉻合金鑄件。 2、研究了添加不同種類稀土在純銅中的存在形式、分布狀態(tài)及其對鑄態(tài)及退火態(tài)純銅組織性能的影響，結(jié)果表明：稀土添加量較小時，基本與純銅中O等雜質(zhì)元素反應生成高熔點化合物進入渣相

3、除去；當稀土添加量達到0.4wt.％時，開始出現(xiàn)銅稀土金屬間化合物，這些金屬間化合物在晶內(nèi)基本以質(zhì)點存在，并在晶界處富集。隨稀土含量進一步增加，晶界富集現(xiàn)象越明顯，到10wt.％時，晶界處為銅+銅稀土金屬間化合物共晶組織。添加0.4wt.％的稀土元素La、Y、Nd、Sm均能夠顯著細化鑄錠宏觀組織，減少柱狀晶區(qū)。少量稀土添加具有凈化基體的作用，提高鑄態(tài)純銅電導率，稀土最佳添加量為0.05wt％，當超過此值后，純銅導電率反而下降，稀土起到與

4、雜質(zhì)相似的作用。退火處理能夠消除過飽和空位及減少晶界面積，提高純銅導電率。鑄態(tài)純銅硬度隨稀土添加量增加而遞增，這源于稀土化合物的增強效果。適量稀土Y的添加改善純銅高溫抗氧化性能，當添加量超過0.1wt.％時，純銅抗氧化性能反而惡化。 3、基于體視學和定量金相分析的基本原理，對Image-ProPlus(IPP)圖像分析軟件進行了二次開發(fā)，測定了銅合金金相組織的相體積分數(shù)、晶粒度大小、粒子間距等特征參數(shù)，獲得了滿意的結(jié)果，并提出了

5、一種測量粒子間距的近似算法。 4、稀土在銅鉻合金中主要以Cu-RE-O夾雜物的形式存在，并向晶界處偏聚，稀土對Cu-Cr合金組織存在變質(zhì)作用，破壞了共晶組織的規(guī)則網(wǎng)狀分布。 5、對Cu-0.8wt.％Cr-0.05wt.％Y鑄態(tài)合金經(jīng)980℃×3h固溶處理+90％冷變形+480℃×6min時效處理后組織電子顯微分析表明，基體中存在兩類Cr顆粒，一種是微米級Cr顆粒，為凝固冷卻過程中形成；另外一種是納米級Cr析出相(直徑約

6、8nm)，電子衍射分析表明兩者都為體心立方結(jié)構(gòu)；此時，基體中觀察到細小再結(jié)晶晶粒，再結(jié)晶已發(fā)生。 對組織中粗大顆粒的定量分析結(jié)果表明：隨時效進行，顆粒體積分數(shù)和大小由于過飽和固體的分解逐漸增加，面密度初始增加，隨后由于顆粒間的吞并而下降，為減少系統(tǒng)界面能，圓整度一直呈遞增趨勢。 6、定量研究了各類因素對銅鉻合金導電性能的影響，發(fā)現(xiàn)：Cr以粗大第二相存在時，對合金導電率影響極微，Cr含量小于0.8wt.％時，影響小于1％I

7、ACS;變形處理對合金電導率幾乎無影響；Cr以細小析出相和固溶原子形式存在時，每0.01wt.％Cr的存在可使合金電導率分別下降0.48％IAC8和1.77％IACS；適量稀土的存在能夠提高合金電導率2％IACS左右。在上述定量分析的基礎(chǔ)上，運用電導率測量可推測合金析出過程進行的程度。 7、定量研究了各類因素對銅鉻合金硬度性能的影響，發(fā)現(xiàn)：Cr以粗大第二相存在時，對合金硬度影響可忽略不計；Cr以細小析出相形式析出時，每0.01w

8、t.％Cr的平均強化效果為2.4Hv；Cr以固溶原子形式存在時，每0.01wt.％Cr固溶強化效果為0.66；形變強化效果與形變量呈正比關(guān)系，每10％形變量對合金增強效果為6.3Hv；實驗結(jié)果與計算值比較表明，公式△HV=940f1/2可以用于粗略計算和預測合金的析出強化效果。 固溶+變形+時效處理合金經(jīng)90％預變形后在時效過程中由于回復和再結(jié)晶的進行，形變硬化效果急劇喪失，硬度在越過時效峰后陡降；采用鑄態(tài)+變形+直接時效工藝能