Cu-Cr-Zr合金轧制组织及性能调控

摘要：Cu-Cr-Zr合金是一种典型的析出强化形合金，除了可以实现细晶强化和位错强化外，还可以通过时效处理实现析出强化。因此，Cu-Cr-Zr合金通常在塑性加工后通过时效处理和冷轧变形等后续处理工艺进一步改善性能。本章研究经过连续挤压后，Cu-Cr-Zr合金经不同形变热处理工艺，冷轧+时效以及预时效+冷轧+时效，显微组织和力学性能的变化。由上一章结论可知，Cu-1.7Cr-0.2Zr合金连续挤压扁线产品性能优于其他两种成分的Cu-Cr-Zr合金，因此本章以Cu-1.7Cr-0.2Zr合金扁线作为研究对象，进行不同变形量的轧制，并通过不同的形变热处理制度，来研究合金的组织和性能的变化，以期寻找到最佳的形变热处理工艺制度。

关键词：Cu-Cr-Zr 合金，连续挤压，轧制，组织性能

对连续挤压后的Cu-Cr-Zr合金扁线进行常温轧制，轧制压下量分别为40%、60%、80%，其硬度和导电率如图所示。可见冷变形对合金有一定的强化作用，随着冷轧变形程度的增加，硬度值在不断升高，轧制压下量为40%、60%和80%时，硬度分别为188.0 HV、195.0 HV，195.6 HV，在轧制压下量为80%，显微硬度达到最高。同时，由冷变形产生的空位与位错等缺陷引起的电子散射也使合金的导电率降低，对应导电率值分别为76.5% IACS、73.4% IACS、70.5% IACS，但仅比未经轧制的合金导电率下降了4%～8%。

图2表示出了轧制压下量分别为40%、60%、80%时，Cu-Cr-Zr合金扁线在纵截面方向上EBSD的显微组织照片。图5.3（a）、（d）、（g）给出了不同轧制压下量合金内部晶粒的IPF取向图，颜色代表了图中晶粒的取向，可以看出经冷轧后合金的晶粒取向较为分散，在轧制压下量为40%时，合金晶粒方向主要沿着{111}面，冷变形晶粒沿着最大主变形方向被拉长、拉细，随着轧制压下量的增加，扁长状晶粒逐渐消失且晶粒取向发生变化，晶粒由多数沿{111}方向逐渐转变为以沿{001}取向为主。在轧制变形条件下，位错通过滑移、增值、回复等一系列机制形成亚结构。在不同压制变形量条件下，晶粒尺寸较为均较细小，分别为1.31 μm、1.28 μm、1.08 μm，如图5.3（c）、（f）、（i）所示。

研究不同轧制压下量对合金组织的影响，对合金的晶界角度进行了标示和分析，对照图3（b）、（e）、（h）可以发现，在轧制压下量为40%时，大角度晶界（HABs）含量为29.5 %。随着轧制压下量的增加，小角度晶界（LABs）含量明显下降，大角度晶界（HABs）含量不断增加，在轧制压下量为80%时，大角度晶界（HABs）含量最高，为35.7%。这说明随着轧制压下量的增加，扁线再结晶程度不断增加，这与塑性变形过程热有关。随着变形量的增大，变形热增加，促进合金的动态回复和动态再结晶的发生。

图4为轧制压下量80%时Cu-Cr-Zr合金的透射电镜组织形貌，与连续挤压扁线组织相比，冷轧变形进一步细化了晶粒，增大了晶粒的长宽比，并产生了高密度的位错、位错胞和变形带。这些高密度的位错主要塞积在晶界附近，形成位错墙等结构，并有一些亚结构，小尺寸亚晶粒的存在。图4（a）中白色箭头标记了大量由位错缠结组成的位错墙和亚晶粒，在这些亚晶粒中还可以观察到少量体积分数的小尺寸初生析出相析出，如图中红色方框标注。为了更好的揭示细小的初生相，对这些细小第二相进行了高分辨透射电镜（HRTEM）表征。图4（b）为第二相的HRTEM图，从图中可以看出，这些粒子非常小，直径约为5 nm。通过傅立叶变换图谱（FFT）可知，这些细小第二相为单质Cr相，其反傅立叶变换清楚显示了所测量晶面间距与Cr相（d=0.18 nm）。