cucrzr合金板材塑性成型工艺研究(附件)【字数：16321】
摘 要摘 要我国科技的迅速发展提高了对导电铜合金材料性能的需求，铜-铬-锆系合金是目前最具潜力的高强高导铜合金材料。但国内生产的高强高导铬锆铜合金与国外的相比，性能上还存在较大差距。为了缩短与国外先进技术水平的差距，急需对铬锆铜的生产工艺方面进行探究。对铬锆铜合金固溶处理+冷变形+时效处理过程中的各个阶段的试样进行了硬度测试、导电率测试、金相照片分析等，研究了各工艺对铬锆铜合金的力学性能、导电性能以及组织结构的影响和变化规律，并进行了理论上的分析解释。实验研究结果表明1）固溶处理对铬锆铜合金的性能影响很大，随着固溶温度上升，合金的导电率也随之上升，硬度先上升后下降。综合导电率和硬度来看，最佳的固溶温度取在920℃，处理后导电率达到79.21%IACS，硬度达到54.9HBW。2）冷变形会使铬锆铜合金的导电性下降硬度上升，变化程度与压下率成正比，并促进之后时效过程中第二相的析出。变形后导电率很低，硬度水平较高。3）时效处理中析出的弥散的第二相是铬锆铜合金强化的重要原因。时效实验中480℃/2h的试样导电率和硬度值均处于较高水平，综合性能最佳。导电率可达到84.76%IACS，硬度达到150HBW。关键词CuCrZr合金；热处理；塑性变形；硬度；导电性能
目 录
第一章 文献综述 1
1.1铬锆铜合金的发展概况 1
1.1.1 国外CuCrZr系合金发展状况 2
1.1.2 国内CuCrZr系合金的发展现状 3
1.2 铬锆铜合金的设计原理 4
1.2.1 合金元素的作用 4
1.2.2 强化方法 5
1.2.3 CuCrZr系合金的制备技术 6
1.2.4 CuCrZr合金的热处理工艺 7
1.3 CuCrZr系合金的性能 7
1.4 CuCrZr合金中的析出相 8
1.5存在的问题与展望 8
1.6本论文研究内容和目的 9
第二章 材料、设备及实验方案 10
2.1 实验方案 10
2.2 原始材料 10
2.3 固溶处理制度 11
2.4 冷变形 11
2.5 时效处理 12
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/> 2.6 性能测试 12
第三章 固溶、变形、时效处理工艺对合金性能影响的分析研究 14
3.1 固溶处理对合金性能影响的研究 14
3.2 固溶冷锻处理时，变形量对合金硬度和导电性的影响 16
3.3 固溶冷变形时效处理对合金性能的影响研究 17
3.3.1 压下率对硬度和导电率的影响 18
3.3.2 保温时间对硬度和电导率的影响 21
3.3.3 时效温度对硬度和导电率的影响 24
3.3.4 综合分析 25
结 论 28
致 谢 29
参考文献 30
第一章 文献综述
1.1铬锆铜合金的发展概况
金属材料是现代文明发展的基础，铜是人类历史上最早使用的金属之一。由于铜的化学性质稳定，在自然界有时能够以纯铜的形式出现，所以从史前时代起，铜就应用于人类的生产生活中，对人类早期文明的进步具有深远影响。工业上，纯铜良好的导热和导电性以及耐腐蚀性都是其他金属所不能代替的，这使得铜在现代工业生产中不仅没有被淘汰，反而应用的领域更加广泛。
铜及其合金具有优良的性能。铜与银属于同族元素，因此具备像贵金属一样优秀的物理和化学性能。铜是面心立方结构，具有很好的塑性，耐腐蚀好最突出的是其优秀的导热性能和导电性能。铜的导电性仅次于银，在工程实际中，人们用国际退火铜标准IACS（International Annealed Copper Standard）[1]来标定材料的导电性进行。该标准是把退火纯铜的导电率定为100%IACS，其他材料与其对比确定导电率。高纯铜的导电率可达101.5%IACS[1]。本文接下来会多次使用该标准。
改革开放以来，发展迅速的经济带动着科学技术蓬勃发展，高尖端设备和工程建设对材料性能的要求越来越高。而且，电子设备正越来越朝着小型微型化，轻薄化发展，这就对所用材料的硬度和导电率提出了更高的要求。工业中许多在高温下工作的零件在要求高强度的同时还需要有较高的导电率。铜无疑是良好的导电材料，导电率仅次于银，同时铜还拥有良好的导热性以及机械加工性能。但是纯铜的硬度不高，布氏硬度值仅有35～45，如果采用冷加工的方法虽然可以提高其强度硬度，却又会使其塑性显著下降。而且，纯铜的耐热性差，200300℃就会发生软化变形，因而它的应用受到了很大限制[2]，因此人们试图通过加入合金元素的方法来制造满足要求的铜合金，高强高导铜合金应运而生。导电率高于80%IACS、铜含量在99%以上的高铜合金成为高导电铜合金。对高导电铜合金采用微合金化以达到强化的目的。从上世纪70年代直到现在，各发达国家着手研究开发了近百种高性能铜合金，其中高强高导合金主要以CuCr、CuZr和CuFe为主[3]。这类材料具有高强度以及高导电性能的特点，在微电子行业中的应用十分广泛。
在铜合金的研究工作中，技术人员发现，在合金化过程中，随着加入合金元素数量的增加，铜合金的导电率会逐渐下降，因此加入的合金元素不宜过多。Cr、Zr元素对铜合金的导电率影响比较小，而且它们通过沉淀强化的方式进行强化，析出比较稳定，所以Cr、Zr元素是理想的强化元素，也是铬锆铜合金可以得到广泛应用的原因。CuCrZr合金由于其优越的综合性能广泛应用于集成电路引线框架材料、热交换材料、电车和电力机车架空导线及电气化高速铁路用接触材料等诸多领域[4]。
铬锆铜合金是一种形变热处理材料，它同时拥有CuCr合金和CuZr合金的各种优秀性能。铬锆铜合金通常采用热处理和冷加工相结合的方式，以得到最优的力学性能和电学性能。经过适当变形加工和热处理工艺处理后的铜铬锆合金与铜比，铬锆铜力学性能和导电导热性能均得到显著提高，作为高强高导铜合金，同时具有较高的强度硬度、良好的导电性和导热性、耐磨防裂、耐腐蚀性好等综合性能。因此铬锆铜在高强高导铜合金领域已成为各国研究开发的重点。
1.1.1 国外CuCrZr系合金发展状况
从上个世纪70年代起，迅速崛起的电子工业使得人们对导电铜的需求大增。包括美、日、苏在内的一众发达国家早就开始了对高强度导电铜合金的研究，并研究出一系列的产品。高强高导铜合金的发展历史大抵可以分为三个阶段：第一阶段，二十世纪70年代至80年代为高性能铜合金发展的初期，当时的铜合金以添加少量的锡、磷、银或铁为主，以铜铁磷合金为代表，这类铜合金的工艺性能好、性价比高属于中强高导型合金，其电导率可达到80%IACS以上。第二阶段，从二十世纪80年代到90年代初，这时期的合金以铜镍硅合金为代表。人们通过加入少量元素使合金能够固溶时效析出强化相，在保证不对导电率造成太多影响的前提下对合金的强度硬度进行强化。加入的元素主要是以Fe为主，同时还少量加入P、Cr、Si和Ni等元素。第三阶段，二十世纪90年代以后，集成电子电路技术迅速发展，电路规模呈现巨大化大和超巨大化的发展趋势，这一特点使电路所用的导电铜合金材料的强度必须达到较高水平，这一阶段的铜合金大多为固溶时效强化型合金，铬锆铜合金就属于这一阶段广泛推广开来的产品。铜铬锆合金因为Cr和Zr元素的加入，产生沉淀强化效果并且使合金的电导率在时效后可以重新回复到较高水平。
目 录
第一章 文献综述 1
1.1铬锆铜合金的发展概况 1
1.1.1 国外CuCrZr系合金发展状况 2
1.1.2 国内CuCrZr系合金的发展现状 3
1.2 铬锆铜合金的设计原理 4
1.2.1 合金元素的作用 4
1.2.2 强化方法 5
1.2.3 CuCrZr系合金的制备技术 6
1.2.4 CuCrZr合金的热处理工艺 7
1.3 CuCrZr系合金的性能 7
1.4 CuCrZr合金中的析出相 8
1.5存在的问题与展望 8
1.6本论文研究内容和目的 9
第二章 材料、设备及实验方案 10
2.1 实验方案 10
2.2 原始材料 10
2.3 固溶处理制度 11
2.4 冷变形 11
2.5 时效处理 12
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/> 2.6 性能测试 12
第三章 固溶、变形、时效处理工艺对合金性能影响的分析研究 14
3.1 固溶处理对合金性能影响的研究 14
3.2 固溶冷锻处理时，变形量对合金硬度和导电性的影响 16
3.3 固溶冷变形时效处理对合金性能的影响研究 17
3.3.1 压下率对硬度和导电率的影响 18
3.3.2 保温时间对硬度和电导率的影响 21
3.3.3 时效温度对硬度和导电率的影响 24
3.3.4 综合分析 25
结 论 28
致 谢 29
参考文献 30
第一章 文献综述
1.1铬锆铜合金的发展概况
金属材料是现代文明发展的基础，铜是人类历史上最早使用的金属之一。由于铜的化学性质稳定，在自然界有时能够以纯铜的形式出现，所以从史前时代起，铜就应用于人类的生产生活中，对人类早期文明的进步具有深远影响。工业上，纯铜良好的导热和导电性以及耐腐蚀性都是其他金属所不能代替的，这使得铜在现代工业生产中不仅没有被淘汰，反而应用的领域更加广泛。
铜及其合金具有优良的性能。铜与银属于同族元素，因此具备像贵金属一样优秀的物理和化学性能。铜是面心立方结构，具有很好的塑性，耐腐蚀好最突出的是其优秀的导热性能和导电性能。铜的导电性仅次于银，在工程实际中，人们用国际退火铜标准IACS（International Annealed Copper Standard）[1]来标定材料的导电性进行。该标准是把退火纯铜的导电率定为100%IACS，其他材料与其对比确定导电率。高纯铜的导电率可达101.5%IACS[1]。本文接下来会多次使用该标准。
改革开放以来，发展迅速的经济带动着科学技术蓬勃发展，高尖端设备和工程建设对材料性能的要求越来越高。而且，电子设备正越来越朝着小型微型化，轻薄化发展，这就对所用材料的硬度和导电率提出了更高的要求。工业中许多在高温下工作的零件在要求高强度的同时还需要有较高的导电率。铜无疑是良好的导电材料，导电率仅次于银，同时铜还拥有良好的导热性以及机械加工性能。但是纯铜的硬度不高，布氏硬度值仅有35～45，如果采用冷加工的方法虽然可以提高其强度硬度，却又会使其塑性显著下降。而且，纯铜的耐热性差，200300℃就会发生软化变形，因而它的应用受到了很大限制[2]，因此人们试图通过加入合金元素的方法来制造满足要求的铜合金，高强高导铜合金应运而生。导电率高于80%IACS、铜含量在99%以上的高铜合金成为高导电铜合金。对高导电铜合金采用微合金化以达到强化的目的。从上世纪70年代直到现在，各发达国家着手研究开发了近百种高性能铜合金，其中高强高导合金主要以CuCr、CuZr和CuFe为主[3]。这类材料具有高强度以及高导电性能的特点，在微电子行业中的应用十分广泛。
在铜合金的研究工作中，技术人员发现，在合金化过程中，随着加入合金元素数量的增加，铜合金的导电率会逐渐下降，因此加入的合金元素不宜过多。Cr、Zr元素对铜合金的导电率影响比较小，而且它们通过沉淀强化的方式进行强化，析出比较稳定，所以Cr、Zr元素是理想的强化元素，也是铬锆铜合金可以得到广泛应用的原因。CuCrZr合金由于其优越的综合性能广泛应用于集成电路引线框架材料、热交换材料、电车和电力机车架空导线及电气化高速铁路用接触材料等诸多领域[4]。
铬锆铜合金是一种形变热处理材料，它同时拥有CuCr合金和CuZr合金的各种优秀性能。铬锆铜合金通常采用热处理和冷加工相结合的方式，以得到最优的力学性能和电学性能。经过适当变形加工和热处理工艺处理后的铜铬锆合金与铜比，铬锆铜力学性能和导电导热性能均得到显著提高，作为高强高导铜合金，同时具有较高的强度硬度、良好的导电性和导热性、耐磨防裂、耐腐蚀性好等综合性能。因此铬锆铜在高强高导铜合金领域已成为各国研究开发的重点。
1.1.1 国外CuCrZr系合金发展状况
从上个世纪70年代起，迅速崛起的电子工业使得人们对导电铜的需求大增。包括美、日、苏在内的一众发达国家早就开始了对高强度导电铜合金的研究，并研究出一系列的产品。高强高导铜合金的发展历史大抵可以分为三个阶段：第一阶段，二十世纪70年代至80年代为高性能铜合金发展的初期，当时的铜合金以添加少量的锡、磷、银或铁为主，以铜铁磷合金为代表，这类铜合金的工艺性能好、性价比高属于中强高导型合金，其电导率可达到80%IACS以上。第二阶段，从二十世纪80年代到90年代初，这时期的合金以铜镍硅合金为代表。人们通过加入少量元素使合金能够固溶时效析出强化相，在保证不对导电率造成太多影响的前提下对合金的强度硬度进行强化。加入的元素主要是以Fe为主，同时还少量加入P、Cr、Si和Ni等元素。第三阶段，二十世纪90年代以后，集成电子电路技术迅速发展，电路规模呈现巨大化大和超巨大化的发展趋势，这一特点使电路所用的导电铜合金材料的强度必须达到较高水平，这一阶段的铜合金大多为固溶时效强化型合金，铬锆铜合金就属于这一阶段广泛推广开来的产品。铜铬锆合金因为Cr和Zr元素的加入，产生沉淀强化效果并且使合金的电导率在时效后可以重新回复到较高水平。
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