Mater.Sci.Eng.A：論軋制與時效過程對Cu-Cr-Zr合金微觀組織和性能的影響

【引言】

在眾多沉淀強化的銅合金中，Cu-Cr-Zr合金由于具備強度高、導電導熱性優良、抗疲勞性能優異、易加工和摩擦學性能顯著等優點，從而被大量用于制造高端電子連接器和集成電路的引線框架。近年來，部分研究表明通過添加微合金化元素，或通過等通道擠壓（ECAP)、超低溫鍛造和基于軋制時效的形變熱處理等方法來獲得超細晶的方式，可以提高Cu-Cr-Zr合金的導電性能和力學性能。與等通道擠壓（ECAP)和超低溫鍛造相比，基于軋制時效的形變熱處理在Cu-Cr-Zr合金的工業化生產中的應用更加廣泛，因此研究軋制條件和時效處理對Cu-Cr-Zr合金的微觀組織和性能的影響，對Cu-Cr-Zr合金的工業化生產意義非凡。

【成果簡介】

近日，北京科技大學的付華棟講師和謝建新院士（共同通訊）在Mater. Sci.Eng.A上發表了一篇題為“Effect of rolling and aging processes on microstructure and properties of Cu-Cr-Zr alloy”的文章。研究人員通過參考C18150銅合金，利用真空感應熔煉的方法，成功制備了Cu-0.98%Cr-0.057%Zr(wt%)合金。實驗步驟：鑄錠→均勻化處理→熱鍛→固溶處理（1000℃/1h）→軋制→時效處理。通過TEM、EDS、ODF圖、金相、室溫拉伸和測量電導率等實驗方法，研究人員系統地研究了軋制變形量、軋制溫度和時效對Cu-Cr-Zr合金的微觀組織和性能的影響，并對影響機理進行了相應的分析和闡述。

【圖文導讀】

圖1：室溫下經過不同軋制變形量的Cu-Cr-Zr合金的顯微組織

(a) 軋制前合金的金相顯微組織圖,主要為均勻等軸晶；

(b) 軋制前的顯微組織的EDS分析，發現含Cr相；

(c) 軋制變形量為60% 的金相顯微組織圖；

(d) 軋制變形量為80% 的金相顯微組織圖；

(e) 軋制變形量為90% 的金相顯微組織圖；

(f) 軋制變形量為95% 的金相顯微組織圖；

隨著軋制變形量的增大，晶粒逐漸拉長并漸漸形成層狀結構。

圖2：室溫下經過不同軋制變形量的Cu-Cr-Zr合金性能變化

（a）室溫下經過不同軋制變形量的Cu-Cr-Zr合金的工程應力-應變曲線；

（b）室溫下經過不同軋制變形量的Cu-Cr-Zr合金的抗拉強度、斷后延伸率和電導率隨著變形量的變化圖；

圖3：軋制溫度對軋制變形量為95%的Cu-Cr-Zr合金的顯微組織

(a，d) 300℃下, 軋制變形量為95%的金相顯微組織，及對應的TEM圖；

(b,e) 室溫下，軋制變形量為95%的金相顯微組織圖，及對應的TEM圖；

(c,f) 液氮溫度下, 軋制變形量為95%的金相顯微組織圖，及對應的TEM圖；

圖4：不同軋制溫度和軋制變形量對Cu-Cr-Zr合金性能的影響

（a）不同軋制溫度下，Cu-Cr-Zr合金的抗拉強度隨軋制變形量變化的關系圖；

（b）不同軋制溫度下，Cu-Cr-Zr合金的電導率隨軋制變形量變化的關系圖；

圖5：不同軋制狀態下，Cu-Cr-Zr合金時效（450℃/1h）前后性能變化圖

（a）在300℃下經過不同軋制變形量的Cu-Cr-Zr合金時效前后的抗拉強度變化圖；

（b）在室溫下經過不同軋制變形量的Cu-Cr-Zr合金時效前后的抗拉強度變化圖；

（c) 在液氮溫度下經過不同軋制變形量的Cu-Cr-Zr合金時效前后的抗拉強度變化圖；

（d）不同軋制狀態下Cu-Cr-Zr合金時效前后的電導率變化圖；

圖6：在室溫軋制下，不同軋制變形量的Cu-Cr-Zr合金的ODF圖 （=0°、45°、65°）

（a）變形量為0%；

（b）變形量為60%；

（c）變形量為80%；

（d）變形量為90%；

（e）變形量為95%；

（f） 面心立方FCC金屬的典型織構組成及位置示意圖。

圖7：在室溫下軋制，軋制變形量為80%的Cu-Cr-Zr合金時效（450℃/1h）前后的TEM圖和相應的選區電子衍射花樣

（a，c）時效前的TEM圖，及對應的選區電子衍射花樣；

（b，d）時效后的TEM圖；

（e）選區電子衍射花樣的示意圖；

圖8：不同軋制溫度下，軋制變形量為80%的Cu-Cr-Zr合金的TEM圖和相應的選區電子衍射花樣

（a，d）300℃下，軋制變形量為80%的Cu-Cr-Zr合金的TEM圖，及對應的選區電子衍射花樣與示意圖；

（b）室溫下，軋制變形量為80%的Cu-Cr-Zr合金的TEM圖；

（c）液氮溫度下，軋制變形量為80%的Cu-Cr-Zr合金的TEM圖；

【小結】

本文通過一系列實驗，研究了軋制變形量、軋制溫度和時效對Cu-Cr-Zr合金的微觀組織和性能的影響，并對其影響機理進行了相應的分析和闡述，總結出了最優的加工工藝：在室溫下進行95%的軋制變形，然后再經過450℃/1h的時效處理。所得的Cu-Cr-Zr合金抗拉強度為669.1MPa，電導率為74.5%IACS。本文的工作對探索高效制備高性能銅合金的方法具有指導性作用。

文獻鏈接：Effect of rolling and aging processes on?microstructure and properties of Cu-Cr-Zr alloy（Mater. Sci. Eng., A, 2017, ?DOI：10.1016/j.msea.2017.05.114）

本文由材料人編輯部劉冠華編譯，趙飛龍審核，點我加入材料人編輯部。

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