Cu-Cr-Zr 合金热变形组织演变

摘要：采用 Gleeble-1500D 热变形模拟器，对 Cu-1.15Cr-0.12Zr 和 Cu-1.7Cr-0.2Zr 合金在 400 ～ 800℃ 温度和 0.01 ～ 1s-1 应变速率范围内的热压缩行为进行了研究。观察了热变形过程中组织演变，根据显微组织观察，Cu-1.15Cr-0.12Zr 合金的最佳热加工参数为 650 ～ 750℃ 温度范围和 0.01 ～ 0.1 s-1 应变速率范围。

关键词：Cu-Cr-Zr 合金，热变形行为，流变应力，本构方程，显微组织

1.介绍

本文通过热压缩试验研究了铸态 Cu-1.15Cr-0.12Zr 合金和 Cu-1.7Cr-0.2Zr 合金的热变形行为。讨论了两种成分的 Cu-Cr-Zr 合金在不同变形温度和应变速率下合金组织演变。

2.实验材料与方法

在 Gleeble-1500D 热机械模拟器上进行高温压缩试验，温度分别为 400℃、500℃、600℃、650℃、700℃、750℃ 和 800℃。应变速率分别为 0.01 s−1、0.1 s−1、1 s−1 和 10s−1。

3.结果

Cu-1.15Cr-0.12Zr 合金和 Cu-1.7Cr-0.2Zr 合金在不同变形温度和 0.01 s−1 应变速率下的典型显微组织。任何应变速率下，500 ℃ 的真应力-应变曲线都表现出典型的部分 DRX，相应的显微组织所示。结果表明，由于压缩变形，晶粒的形状呈扁平状，而由于在晶粒的各个子域中激活的滑移系统不同，一些晶粒被破碎。Fu 等人[1]认为部分 DRX 归因于晶粒取向，即具有优先晶体取向 （以{001}//压缩方向获得） 的晶粒可以进行更多的塑性变形，从而发生 CDRX。当变形温度为 700 ℃ 和 800 ℃，应变速率分别为 0.01s-1、0.1 s-1 和 1 s-1 时，真应力-应变曲线没有表现出典型的动态回复特征，即流动应力在较大的应变下达到峰值，然后缓慢下降。而在 700 ℃ 和 800 ℃，应变速率为 0.01s-1 时，显微组织表现出典型动态再结晶特征。可以看出 Cr 颗粒主要集中在晶界处，晶粒和相邻晶粒之间呈现锯齿状晶界。锯齿状晶界是由于相邻晶界之间不同的存储能量驱动的，具有较高的局部取向或应变梯度，可以作为晶界膨化过程中不连续动态再结晶 （DDRX） 的成核位点[2]。可以频繁的观察到 DDRX 晶粒，形成所谓的“项链结构”。可以观察到有 DRX 的细小等轴晶粒和没有 DRX 的变形晶粒都存在，这是因为高温加速了晶界的移动，促进了再结晶晶粒的生长，部分位置 DRX 组织完全，高温和大应变速率相结合有利于形成 DRX。结合真应力-应变曲线和显微组织可知，低温 （400 ℃、500 ℃） 下发生动态回复，高温 （700 ℃、800 ℃） 下发生动态再结晶。

4. 结论

在高应变下，根据热加工图，Cu-1.15Cr-0.12Zr 合金有更好的热加工性能。因此，在连续挤压过程中，Cu-1.15Cr-0.12Zr 合金在较高的速度下可以获得稳定的金属流动和高性能的 Cu-Cr-Zr 产品。

参考文献：

[1] Fu H， Li J， Yun X. Role of solidification texture on hot deformation behavior of a Cu–Ni–Si alloy with columnar grains[J]. Materials Science and Engineering： A， 2021， 824： 141862.

[2] He Y， Deng Z， Liu J， et al. Hot-deformation characteristics and dynamic softening of as-cast FeCrAl alloy[J]. Journal of Materials Research and Technology， 2020， 9（3）： 6632-6641.