高强高导微硼铜合金时效处理及组织性能研究

论文摘要

高强高导（HSHC）铜合金以其独特的物理与力学性能而在电工电子、机械制造、交通运输等行业得到广泛应用,随着这些行业的快速发展,对此类材料的性能提出了越来越高的要求,如何在不严重降低导电性的同时获得高的强度成为众多学者研究的热点之一。本文通过合金化原理,设计并制备出新型Cu-B-Zr、Cu-B-Zr-Te合金,并对其时效、时效动力学、时效析出及回复再结晶等行为进行了研究,结果表明：Cu-0.065B-0.5Zr合金经时效处理后可获得综合性能优良的HSHC铜合金,其拉伸强度/电导率分别为532.1MPa/79.15%IACS,高合金含量的Cu-0.13B-1.0Zr合金经初次时效后其强度/电导率分别为603MPa/66.2%IACS。其强度的提升主要是由重度冷轧（CR）变形后位错缠结与累积及析出粒子对位错的钉扎作用强化的。对Cu-0.065B-0.5Zr和Cu-0.13B-1.0Zr合金的时效动力学研究表明,析出相随时间的变化规律很好的符合Avrami方程,其时效硬化指数n随温度升高均为先增大后降低,且分别在360℃、390℃下获得最大值,这与实验结果完全相符；绘得等温时效转变“TTT”曲线,为理论分析及实际应用提供工艺参考。在预时效及其动力学分析的基础上,对Cu-B-Zr合金二次变形及时效进行了研究,结果显示,Cu-0.065B-0.5Zr合金经470℃x2h+20%CR+360℃×2h时效处理,其强度/电导率性能分别可达575.41MPa/79.37%IACS。对Cu-0.13B-1.0Zr进行390℃×2h+40%CR处理其强度便可提升13.4%至684MPa,而其电导率仅有小幅度降低,为62.5%IACS。Cu-0.015B-0.14Zr-0.25Te合金经时效后保持良好的导电性能,其强度对时效温度非常敏感,仅在330～360℃内表现出较强的时效强化效果,这是由于在中低温下纵截面组织保持良好的纤维状基体,使其强度有所提升,而在高温下很快便在纤维密集处形核,通过晶界迁移与合并而发生再结晶,使其强度明显降低。经二次变形后该合金亦能够获得良好的综合性能,分别为507MPa/87.73%IACS。通过TEM对Cu-0.065B-0.5Zr合金析出行为研究表明,合金的析出存在晶内连续析出、亚晶界处不连续析出两种方式,且连续析出在整个时效过程中占主导地位；在470℃下时效时,随时间延长不连续析出所产生的层片状结构逐渐粗化进而转化为球状,而连续析出球状析出物体积分数逐渐增大,使其强度明显提升；二次冷变形可抑制不连续析出的进行,而促进连续析出过程,使得材料的强度有了显著提升。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 高强高导（HSHC）铜合金强化手段
• 1.2.1 形变强化
• 1.2.2 固溶强化
• 1.2.3 快速凝固
• 1.2.4 时效强化
• 1.2.5 弥散强化
• 1.2.6 细晶强化
• 1.2.7 固溶+变形+时效复合强化
• 1.2.8 自生纤维复合强化
• 1.3 合金元素对HSHC铜合金导电性能的影响
• 1.4 HSHC铜合金研究现状与发展趋势
• 1.5 研究内容、特色与创新
• 第二章 材料制备与实验方法
• 2.1 实验方案设计
• 2.2 实验材料制备
• 2.3 时效处理
• 2.4 力学性能测试
• 2.4.1 硬度（HV）测试
• 2.4.2 拉伸性能测试
• 2.5 电学性能测试
• 2.6 显微组织观测
• 2.6.1 金相光学组织观察
• 2.6.2 透射电子显微镜观察
• 第三章 新型Cu-B-Zr合金时效特性
• 3.1 时效前冷变形对Cu-B-Zr合金组织与性能影响
• 3.1.1 冷变形后Cu-0.065B-0.5Zr合金截面组织演化
• 3.2 时效对Cu-0.065B-0.5Zr合金组织与性能影响
• 3.2.1 时效对Cu-0.065B-0.5Zr合金力学性能的影响
• 3.2.2 时效对Cu-0.065B-0.5Zr合金电学性能的影响
• 3.2.3 不同温度下Cu-0.065B-0.5Zr合金光学组织演化及再结晶
• 3.3 二次变形及时效对Cu-0.065B-0.5Zr合金性能影响
• 3.3.1 470℃×2h时效后二次变形组织
• 3.3.2 二级时效对合金强度、导电性能影响
• 3.4 TEM观测及分析
• 3.4.1 Cu-0.065B-0.5Zr合金板面TEM组织
• 3.4.2 Cu-0.065B-0.5Zr合金析出相
• 3.5 合金元素含量对铜硼锆合金组织性能影响
• 3.5.1 时效对Cu-0.13B-1.0Zr合金力学性能影响
• 3.5.2 时效对Cu-0.13B-1.0Zr合金电学性能影响
• 3.5.3 二次变形及时效对Cu-0.13B-1.0Zr合金性能影响
• 3.5.4 Cu-0.13B-1.0Zr合金二次变形后显微硬度变化
• 3.6 本章小结
• 第四章 新型Cu-B-Zr合金析出动力学研究
• 4.1 析出相体积分数的设定及计算
• 4.2 析出动力学方程及其曲线
• 4.3 等温转变动力学曲线
• 4.4 本章小结
• 第五章 Cu-0.015B-0.14Zr-0.25Te合金时效特性研究
• 5.1 时效对Cu-0.015B-0.14Zr-0.25Te合金力学性能影响
• 5.2 Cu-0.015B-0.14Zr-0.25Te合金组织演化
• 5.2.1 中低温组织演化
• 5.2.2 高温再结晶
• 5.3 二次变形及时效对Cu-0.015B-0.14Zr-0.25Te合金性能影响
• 5.4 Cu-0.015B-0.14Zr-0.25Te合金析出相TEM分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的主要研究成果