高导电铜及Cu-Zr-Si合金的ECAP强塑性调控

发布时间：2020-10-17 06:08

　　 纯铜具有良好的导电、导热及延伸性能被广泛应用在电子、导线及接触线材料等领域,然而较低的强度严重限制了其在重要领域的应用。本文主要针对高导电纯铜强度较低的问题,分别采用OM、SEM、EDS、TEM、EBSD和XRD方法研究了不同原始组织纯铜ECAP不同路径变形后微观组织和织构的演变规律,分析了ECAP中影响纯铜性能变化的因素,然后通过添加微量Zr和Si元素合金化后进行固溶+ECAP变形+时效处理探索析出相的演变对其力学性能和导电性能的影响。结果表明,A和C路径4道次变形后,单晶组织内部形成了均匀一致的剪切带;定向凝固纯铜Bc路径变形后,剪切带相互交割,有利于形成均匀的等轴晶;多晶铜ECAP中晶界向沿着挤压方向呈现有序化转变,A和C路径变形后形成均匀的纤维组织,Bc路径形成均匀的等轴晶。铸态Cu-Zr-Si合金经ECAP并在375℃、400℃、450℃和500℃时效1h后,少量颗粒状和板条状析出相主要沿晶界及滑移线呈不连续分布,随着时效时间增加,晶界和基体中析出相含量增加,微量Si元素有利于使析出相细化且弥散分布。XRD及EBSD检测手段表明,不同原始组织纯铜A和C路径变形后均呈现(111)主滑移系特征,Bc路径变形后各晶面呈随机分布。单晶铜A和C路径4道次变形后,均形成{001}110旋转立方织构,C路径6道次变形后形成{111}110织构,A路径8道次变形后形成{001}100再结晶织构和{111}110及{111}112织构,织构强度明显减弱。单晶铜经A路径5道次ECAP后的抗拉强度及延伸率最大,分别为415MPa和30%,导电率仍维持在98.8%IACS的较高水平,16道次变形后的硬度最大为133HV;多晶铜经C路径4道次变形后导电率从91.8%IACS增加到94.5%IACS;定向凝固纯铜4道次变形后各路径导电率保持在较高水平的98%IACS左右。铸态Cu-Zr-Si合金经ECAP变形和450℃时效4h后,具有最佳的力学性能和导电性能,导电率为78.3%IACS,硬度为151HV,同时保持较高的塑性,延伸率为21.9%。ECAP可大幅度提高材料强度,同时对导电率影响较小。单晶铜变形后抗拉强度提高了147%,硬度提高了122%,而导电率仅仅降低2.7%,延伸率仍维持在30%;定向凝固纯铜4道次后导电率仅仅降低1%;多晶铜4道次后导电率提升3%。热处理过程中析出相的不连续分布有利于力学性能及导电率的大幅度提高。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG146.11
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 高强高导铜合金的研究进展
    1.3 导电铜材的主要强化方法
    1.4 大塑性变形(SPD)金属强塑性原理
        1.4.1 SPD的主要方法
        1.4.2 影响材料强塑性的因素
        1.4.3 SPD制备高强高导铜合金的应用现状
    1.5 等通道转角挤压(ECAP)材料的强塑性原理
        1.5.1 ECAP原理
        1.5.2 ECAP变形对微观组织的影响
        1.5.3 ECAP铜合金强化机理
    1.6 课题研究意义与内容
第2章 试验方法
    2.1 研究方案
    2.2 材料制备
    2.3 冷变形及热处理工艺
        2.3.1 固溶处理
        2.3.2 ECAP变形
        2.3.3 时效处理
    2.4 结果及测试
第3章 纯铜ECAP中形变组织及织构演变
    3.1 不同原始组织纯铜微观组织演变
        3.1.1 单晶铜的组织演变
        3.1.2 定向凝固纯铜组织演变
        3.1.3 多晶铜的组织演变
    3.2 宏观取向演变
    3.3 不同变形路径的剪切特征
    3.4 单晶铜ECAP中EBSD结果
        3.4.1 晶界(GBs)分布
        3.4.2 极图(PF)分析
        3.4.3 取向分布函数(ODF)分析
    3.5 本章小结
第4章 ECAP对纯铜力学性能与导电性能的影响
    4.1 力学性能变化
    4.2 导电性能变化
    4.3 断口分析
    4.4 影响纯铜性能变化的因素
    4.5 本章小结
第5章 ECAP变形及时效对Cu-Zr-Si合金组织及性能的影响
    5.1 ECAP变形对铸态Cu-Zr-Si合金组织的影响
    5.2 变形和时效对Cu-Zr-Si合金组织的影响
    5.3 变形和时效对Cu-Zr-Si合金性能的影响
    5.4 本章小结
第6章 结论及创新
    6.1 结论
    6.2 创新
    6.3 展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

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本文编号：2844395