退火时间对铜铝复合导线组织与性能的影响研究

前言

铜铝复合导线作为现代航空 能优势源于铜层的高导电性与铝镁合金的低密度特性 [ 可靠性— —金属间化合物层的过度生长会引发界面 焦退火温度的单一变量影响，对时间参数的协同调控机 对象，通过设计 350 ℃恒温条件下 -7 h 的时效实验， 宏观力学性能（硬度、强度、塑性）到微观界面组织结构，最 关 导线的热加工优化提供理论支撑。

2 实验材料与方法

实验采用冷拉拔成型的 Φ4.4 mm 铜包铝镁合金线材，其中铝镁合金基体（5154 牌号）成分为（wt.%）：Mg 3.6、Mn 0.2、Ti 0.2、Fe 0.4、Zr 0.12、Si 0.08，Al 余量，铜层包覆率≥ 15%。退火处理在 SX2-12-17箱式电阻炉中进行，设定350 ℃退火温度，分别保温1 h、2 h、3 h、4 h、5 h、6 h、7 h 后空冷。

表征环节包含三部分：首先，采用HV-1000 维氏硬度计在10 g 载荷下测量基体与界面区域硬度（每区域6点取均值）；其次，依据 GB/T 228.1-2010 标准，使用 能试验机以2 mm/min 速率进行拉伸测试；最后，通过 JEOL-6510LA 扫描电镜观察断口形貌，加速电压 20 重点分析界面分层与韧窝特征。试样制备遵循金相标准流程：切割后镶嵌，经240# 至1200# 砂纸逐级打磨，用金刚石抛光液实现镜面处理。

3 实验结果与分析

根据图 1a 所示的数据可以看出 在 35 经过不同时间的退火处理， 铝镁合金的维氏硬度变化并不明显 别低的现象。因此，可以得 可能在高温下逐渐软化并失 基本都在 58-65 HV 之间波动 基体硬度（60-66 HV）始终 （63 HV）的现象，会略有提高。这可能与材料在短时 内快速达到 性能逐渐稳定

3. 抗拉强度与应变硬化能力

在前4 h 内，该合金线材的抗拉强度在逐渐升高，达到实验时间点的峰值 250 MPa，较1 h 试样提升5.6%。此后，抗拉强度开始逐渐减小。时间延长至 7 h，此时抗拉强度达到试验的最小值 236 MPa。结合实验数据，可以初步推断，在温度为 350 ℃的条件下，铜包铝镁合金线材的抗拉强度可在持续 4 h 后达到最大值，之后逐渐减小。由此初步可以推测出该铜包铝镁合金样品经过热处理后，在 4 h 左右其力学性能比较良好，但在此期间，抗拉强度在 236-250 MPa 之间。

根据 4 h 退火的样品的拉伸试验数据得到了如下结果。图 3a 展示了其真应力 - 真应变曲线，在点 a 和点b 之间，曲线呈现出均匀的塑性变形阶段。将 ab 曲线段的真实应力和真实应变取对数后绘制出来，然后对数据点进行线性拟合，得到图 3b 的结果。拟合校正系数 Adj.R-Square 为 0.99565，说明拟合结果可靠。拟合的应变硬化指数 n 为 0.30762，硬化系数 K 为 571 MPa。应变硬化分析表明：除 2 h 试样因拉伸打滑导致异常值（n=0.05）外，其余组别应变硬化指数 n 稳定于 0.30-0.37，硬化系数 K 保持在 500-600 MPa 区间。

3.3 拉伸断口特征

图 4 列出了退火 4 h 后铜包铝镁合金线材的拉伸断口形貌。样品的宏观断口由纤维区和剪切唇区域组成，而且断口在垂直于拉伸方向发生了一定程度的收缩，表现出韧性断裂特征，见图4a。从宏观拉伸断口可以看到，铜层和铝镁合金之间仍未达到冶金结合，界面存在明显分层。从微观断口形貌来看，基体中存在大量等轴状韧窝，直径2-5 μm（见图4b），其断裂方式为穿晶韧性断裂。如图4c 和4d 所示，铜层则出现河流花样解理台阶，界面分层现象普遍存在，界面处裂纹起源于高硬度的铝铜化合物相，其脆性本质成为断裂萌生的薄弱环节[6]。

4 结论

在 350 ℃退火温度下，退火时间对铜铝复合导线的硬度影响有限，铝镁合金和铜层处的硬度值总体保持稳定。

抗拉强度在退火 4 小时后达到最大值 250 MPa，之后随时间延长逐渐降低。应变硬化指数 n 稳定于0.30-0.37，硬化系数 K 保持在 500-600 MPa 区间。

3. 铝镁合金表现出穿晶韧性断裂特征，铜铝界面处裂纹起源于高硬度的铝铜化合物相。

参考文献：

[1] 王祝堂， 田荣璋. 铝合金及其加工手则（第二版）[M]. 中南大学出版社， 2000.

[2] 孙德勤， 吴春京， 谢建新. 铜包铝复合线材制造技术的发展现状与前景[J]. 电线电缆， 2003（3）：3-6.

[3] 戴雅康， 杨喜山， 王朔. 包覆焊接法生产的铜包铝线的质量和性能[J]. 电线电缆， 1997（5）： 25-28.

[4] 王宏颖 . 退火处理对高导耐热铝合金导线组织和性能的影响 [J]. 热加工工艺 ， 2019， 48（24）： 141-143.

[5] 谢屹. 铈、铍微合金化及退火工艺对铝镁合金组织性能的影响[D]. 中南大学，2013.

[6] Hug E， Bellido N. Brittleness study of intermetallic （Cu， Al） layers in copper cladaluminium thin wires. Mater Sci Eng A， 2011， 528： 7103-7106.

作者一姓名：谢国锋；性别：男；出生年月：；籍贯：民族；最高学历：研究生；目前职称：高级工程师；研究方向：复合材料制备