Mater.Sci.Eng.A：论轧制与时效过程对Cu-Cr-Zr合金微观组织和性能的影响

【引言】

在众多沉淀强化的铜合金中，Cu-Cr-Zr合金由于具备强度高、导电导热性优良、抗疲劳性能优异、易加工和摩擦学性能显著等优点，从而被大量用于制造高端电子连接器和集成电路的引线框架。近年来，部分研究表明通过添加微合金化元素，或通过等通道挤压（ECAP)、超低温锻造和基于轧制时效的形变热处理等方法来获得超细晶的方式，可以提高Cu-Cr-Zr合金的导电性能和力学性能。与等通道挤压（ECAP)和超低温锻造相比，基于轧制时效的形变热处理在Cu-Cr-Zr合金的工业化生产中的应用更加广泛，因此研究轧制条件和时效处理对Cu-Cr-Zr合金的微观组织和性能的影响，对Cu-Cr-Zr合金的工业化生产意义非凡。

【成果简介】

近日，北京科技大学的付华栋讲师和谢建新院士（共同通讯）在Mater. Sci.Eng.A上发表了一篇题为“Effect of rolling and aging processes on microstructure and properties of Cu-Cr-Zr alloy”的文章。研究人员通过参考C18150铜合金，利用真空感应熔炼的方法，成功制备了Cu-0.98%Cr-0.057%Zr(wt%)合金。实验步骤：铸锭→均匀化处理→热锻→固溶处理（1000℃/1h）→轧制→时效处理。通过TEM、EDS、ODF图、金相、室温拉伸和测量电导率等实验方法，研究人员系统地研究了轧制变形量、轧制温度和时效对Cu-Cr-Zr合金的微观组织和性能的影响，并对影响机理进行了相应的分析和阐述。

【图文导读】

图1：室温下经过不同轧制变形量的Cu-Cr-Zr合金的显微组织

(a) 轧制前合金的金相显微组织图,主要为均匀等轴晶；

(b) 轧制前的显微组织的EDS分析，发现含Cr相；

(c) 轧制变形量为60% 的金相显微组织图；

(d) 轧制变形量为80% 的金相显微组织图；

(e) 轧制变形量为90% 的金相显微组织图；

(f) 轧制变形量为95% 的金相显微组织图；

随着轧制变形量的增大，晶粒逐渐拉长并渐渐形成层状结构。

图2：室温下经过不同轧制变形量的Cu-Cr-Zr合金性能变化

（a）室温下经过不同轧制变形量的Cu-Cr-Zr合金的工程应力-应变曲线；

（b）室温下经过不同轧制变形量的Cu-Cr-Zr合金的抗拉强度、断后延伸率和电导率随着变形量的变化图；

图3：轧制温度对轧制变形量为95%的Cu-Cr-Zr合金的显微组织

(a，d) 300℃下, 轧制变形量为95%的金相显微组织，及对应的TEM图；

(b,e) 室温下，轧制变形量为95%的金相显微组织图，及对应的TEM图；

(c,f) 液氮温度下, 轧制变形量为95%的金相显微组织图，及对应的TEM图；

图4：不同轧制温度和轧制变形量对Cu-Cr-Zr合金性能的影响

（a）不同轧制温度下，Cu-Cr-Zr合金的抗拉强度随轧制变形量变化的关系图；

（b）不同轧制温度下，Cu-Cr-Zr合金的电导率随轧制变形量变化的关系图；

图5：不同轧制状态下，Cu-Cr-Zr合金时效（450℃/1h）前后性能变化图

（a）在300℃下经过不同轧制变形量的Cu-Cr-Zr合金时效前后的抗拉强度变化图；

（b）在室温下经过不同轧制变形量的Cu-Cr-Zr合金时效前后的抗拉强度变化图；

（c) 在液氮温度下经过不同轧制变形量的Cu-Cr-Zr合金时效前后的抗拉强度变化图；

（d）不同轧制状态下Cu-Cr-Zr合金时效前后的电导率变化图；

图6：在室温轧制下，不同轧制变形量的Cu-Cr-Zr合金的ODF图 （=0°、45°、65°）

（a）变形量为0%；

（b）变形量为60%；

（c）变形量为80%；

（d）变形量为90%；

（e）变形量为95%；

（f） 面心立方FCC金属的典型织构组成及位置示意图。

图7：在室温下轧制，轧制变形量为80%的Cu-Cr-Zr合金时效（450℃/1h）前后的TEM图和相应的选区电子衍射花样

（a，c）时效前的TEM图，及对应的选区电子衍射花样；

（b，d）时效后的TEM图；

（e）选区电子衍射花样的示意图；

图8：不同轧制温度下，轧制变形量为80%的Cu-Cr-Zr合金的TEM图和相应的选区电子衍射花样

（a，d）300℃下，轧制变形量为80%的Cu-Cr-Zr合金的TEM图，及对应的选区电子衍射花样与示意图；

（b）室温下，轧制变形量为80%的Cu-Cr-Zr合金的TEM图；

（c）液氮温度下，轧制变形量为80%的Cu-Cr-Zr合金的TEM图；

【小结】

本文通过一系列实验，研究了轧制变形量、轧制温度和时效对Cu-Cr-Zr合金的微观组织和性能的影响，并对其影响机理进行了相应的分析和阐述，总结出了最优的加工工艺：在室温下进行95%的轧制变形，然后再经过450℃/1h的时效处理。所得的Cu-Cr-Zr合金抗拉强度为669.1MPa，电导率为74.5%IACS。本文的工作对探索高效制备高性能铜合金的方法具有指导性作用。

文献链接：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）

本文由材料人编辑部刘冠华编译，赵飞龙审核，点我加入材料人编辑部。

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