SCR连铸连轧铜合金的组织与性能研究

论文摘要

铜合金导线是国家电气化铁路实现的一个重要前提,其合金化得到的高强高导铜合金线材在高速化铁路发展的今天表现出比纯铜导线更好的力学性能,已经为各国广泛研究,满足了电气化铁路提速的要求,同样提高了导线的使用寿命及工作可靠性。本文通过对云南铜业股份有限公司SCR连铸连轧制备Cu-Ag、Cu-Sn和Cu-Mg合金线材进行分析,寻找其中显微组织与导线性能的对应关系,为合金线的产业化提供理论基础。本文对制备的Cu合金铸坯、线坯和成品线进行金相、SEM、TEM等显微组织分析,全面分析了SCR生产线各工艺流程对合金组织和性能的影响。分析铸坯经过轧制得到线坯,室温冷却进行冷拉处理得到成品线的过程中,轧制和冷拉过程对晶粒均起到了细化效果,并且在此过程中,铸造过程中产生的疏松缺陷得到细化,有利于其力学性能的稳定性控制,辅以分子动力学模拟,结果表明合金中第二相原子在铜基体中均匀分布无团聚现象,进一步验证了分析测试的结果,表明生产线的工艺参数是可行的,对其提供了理论支撑。本文在工艺和性能的关联性分析中运用了人工神经网络模拟预测,着重考虑了铜合金第二相元素的含量和线坯力学电学性能的模拟预测,通过试验数据构建模型,得到了令人满意的预测目标,为合金的产业化提供了理论指导和预测目的,大大地节约了人力物力上的消耗。对于Cu合金组织形成的可视化模拟,采用了基于元胞自动机思想的金属凝固模型,在以VC++中的MFC框架进行编程,结合凝固过程中温度场、浓度场、形核和晶粒长大的模型合理选择,客观真实地展现了Cu-0.35%Sn合金铸坯的凝固组织形成过程,建立了宏观组织形成与微观组织演变之间的关系。

论文目录

• 摘要
• Abstracts
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 铜导线连铸连轧工艺的国内研究进展
• 1.1.2 铜导线连铸连轧工艺的国外研究进展
• 1.1.2.1 SCR法
• 1.1.2.2 Contirod法
• 1.1.2.3 Properzi法
• 1.1.3 SCR连铸连轧工艺的国内应用
• 1.2 分子动力学方法简介
• 1.2.1 分子动力学模拟的基本步骤
• 1.2.2 分子动力学模拟在本课题中的应用
• 1.3 人工神经网络方法简介
• 1.3.1 人工神经网络的研究史
• 1.3.2 人工神经网络的原理
• 1.4 元胞自动机方法简介
• 1.4.1 元胞自动机的发展历程
• 1.4.2 元胞自动机的定义与组成
• 1.5 本课题研究的目标
• 1.6 本课题研究的内容及来源
• 1.6.1 课题研究内容
• 1.6.2 课题来源
• 1.7 本章小结
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验方案
• 2.1.1 实验所用样品来源
• 2.1.2 实验分析所用仪器设备
• 2.1.2.1 金相显微组织分析
• 2.1.2.2 扫描电镜及能谱分析
• 2.1.2.3 透射电镜分析
• 2.2 实验模拟分析
• 2.2.1 分子动力学模拟
• 2.2.2 人工神经网络模拟
• 2.2.3 元胞自动机模拟
• 2.3 本章小结
• 第三章 Cu合金三大体系的物相分析
• 3.1 Cu合金的实验结果及讨论
• 3.1.1 Cu合金金相显微组织分析
• 3.1.1.1 铸态Cu合金金相分析
• 3.1.1.2 热加工态Cu合金金相分析
• 3.1.1.3 冷拉拔态Cu合金金相分析
• 3.1.2 Cu合金SEM和EDS分析
• 3.1.2.1 Cu-Ag合金SEM显微组织与能谱分析
• 3.1.2.2 Cu-Sn合金SEM显微组织与能谱分析
• 3.1.2.3 Cu-Mg合金SEM显微组织与能谱分析
• 3.1.3 Cu合金TEM分析及衍射花样标定
• 3.1.3.1 Cu-Ag合金STEM与HRTEM分析
• 3.1.3.2 Cu-Sn合金HRTEM分析
• 3.1.4 显微组织分析相对应的合金材料力学性能和电学性能
• 3.2 本章小结
• 第四章 Cu合金三大体系的相关计算模拟
• 4.1 用分子动力学方法分析Cu合金显微组织与性能间的关联性
• 4.1.1 Cu-Ag合金的分子动力学模拟
• 4.1.1.1 Cu-Ag合金模拟势函数
• 4.1.1.2 Cu-Ag合金的原子模型
• 4.1.2 Cu-Sn合金的分子动力学模拟
• 4.1.2.1 Cu-Sn合金模拟势函数
• 4.1.2.2 Cu-Sn合金的原子模型
• 4.1.3 Cu-Mg合金的分子动力学模拟
• 4.1.3.1 Cu-Mg合金模拟势函数
• 4.1.3.2 Cu-Mg合金的原子模型
• 4.2 人工神经网络模拟和预测Cu合金工艺与性能的关系
• 4.2.1 人工神经网络模拟涉及到的模型参数选取
• 4.2.2 Cu合金人工神经网络的模拟流程
• 4.2.3 Cu合金抗拉强度的人工神经网络模拟预测结果分析
• 4.2.4 Cu合金电阻率的人工神经网络模拟预测结果分析
• 4.3 用元胞自动机模拟Cu合金的铸造凝固过程
• 4.3.1 凝固过程CA模拟涉及到的凝固理论
• 4.3.1.1 形核动力学模型
• 4.3.1.2 晶粒长大
• 4.3.1.3 传热传质
• 4.3.2 本课题选用的CA模型及模拟结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读硕士学位期间发表论文以及奖励