摘要
随着社会的飞速发展，工业技术也在不断进步，其中铜及铜合金被广泛运用于各行各业。随着5G时代的来临，电子信息行业对传统的材料有了更高的需求，高强度高导电铜合金成为研究热点。但是铜合金的强度和导电性能一直存在倒置矛盾，为了获得兼具高强度和高导电铜合金，本文提出了多级变形-多级时效(等通道转角挤压+一级低温轧制+中间时效+二级低温轧制+最终时效)的复合工艺。研究了轧制温度、挤压道次、中间时效以及最终时效对Cu-Cr-Zr合金组织与性能的影响，并探讨了合金的强化机理以及导电机理，现结果如下: (1)对Cu-Cr-Zr合金分别进行室温轧制(Room Temperature Rolling,RR)和低温轧制(Cryogenic Rolling，CryoR)。经过轧制后，无论是RR变形态还是CryoR变形态，合金内部组织均沿轧制方向被拉长，晶粒细化，位错增多，因此强度升高，导电性下降;并且CryoR变形态合金的晶粒尺寸明显小于RR变形态的晶粒尺寸，在CryoR变形态的合金组织中观察到纳米孪晶，因此CryoR变形态合金的强度、硬度均高于RR变形态。中间时效过后，合金的强度先上升后下降，在450℃×1h达到时效峰值，此时合金中均含有大量弥散分布的纳米析出相，为富Cr相，合金强度明显提升。再对Cu-Cr-Zr合金分别进行RR(80％)和CryoR(80％)。经过二次轧制后，合金晶粒更加细化，产生更多的纳米孪晶，强度进一步升高，分别为520MPa和600MPa，硬度分别为190.7HV和209.2HV,导电率分别为70％IACS和69％IACS。 (2)对Cu-Cr-Zr合金进行等通道转角挤压(Equal Channel Angular Pressing,ECAP)+CryoR(50％)复合变形后，随着ECAP道次的不断增加，合金内晶粒越来越细小，位错越来越多，合金中出现纳米孪晶。经过ECAP(4P)+CryoR(50％)变形后，合金的显微硬度、抗拉强度以及导电率分别为162.8HV、488MPa和32.1％IACS。中间时效过后，合金的强度先上升后下降，在450℃×1h达到时效峰，此时有大量纳米析出相产生，缠结位错，因此强度进一步提升，此时进过ECAP(4P)+CryoR(50％)+AT后，合金的显微硬度、抗拉强度以及导电率分别为216.8HV、573.8MPa和80.8％IACS。再对ECAP+CryoR(50％)时效态Cu-Cr-Zr合金进行二次CryoR(80％)，晶粒进一步细化，产生更多的纳米孪晶，强度进一步提高，并且纳米析出相缠结、阻碍位错运动，部分析出相被轧至破碎，经过ECAP(4P)+CryoR(50％)+AT+CryoR(80％)复合工艺后，合金的显微硬度、抗拉强度以及导电率分别为226.6HV、678.3MPa、66.5％IACS。 (3)对(1)和(2)中的样品分别进行最终时效处理，(1)中样品简称为RA-RA和CA-CA,(2)中样品简称为ECA-CA。最终时效后，三种状态下的合金硬度均先略微下降，再上升，最后下降，在150℃×1h达到时效峰，ECA-CA(4P)的硬度、抗拉强度以及电导率分别是237.3HV、728.7MPa和75.5％IACS。强度先略微下降是因为部分纳米析出相长大至微米级导致合金软化，后续随着温度的上升，又有部分新的纳米析出相析出，材料强度上升。因此合金的最终组织结构由超细晶+纳米孪晶+纳米析出相+微米析出相组成纳米异质结构，最佳的工艺路线为ECAP(4P)+CryoR(50％)+450℃时效1h+CryoR(80％)+150℃时效1h。细晶强化、位错强化和析出强化共同作用于合金，其中细晶强化和析出强化占主导作用，高导电性则得益于纳米孪晶界以及纳米析出相。
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