连续挤压 Cu-Cr-Zr 合金的组织演变

根据连续挤压过程中合金金相照片的分析结果，连续挤压过程可划分为六个不同的区域，依次为刚性移动区、镦粗区、粘着区、直角变形区、腔体入口区和挤压变形区。Cu-Cr-Zr 杆坯被送入连续挤压机后，在压实轮的压实作用下，受到摩擦力驱动，不断进入挤压轮槽。在此过程中，Cu-Cr-Zr 合金杆坯与挤压轮槽之间发生摩擦剪切变形，摩擦力一部分用于驱动合金坯料在挤压轮之间继续运动，另一部分则作用于镦粗变形区，形成刚性移动区。随着 Cu-Cr-Zr 合金杆坯继续向挤压轮槽内部运动，受到摩擦力的作用，发生镦粗变形，并逐渐充满整个挤压轮槽，形成镦粗区。当 Cu-Cr-Zr 合金杆坯完全充满挤压轮槽时，在摩擦力和高温的共同作用下，合金杆坯与轮槽壁紧密接触并粘着，形成粘着区。当合金到达挡料块位置时，金属在挤压轮槽中的运动受阻，转而逐渐流向腔体入口处，在这一区域发生了直角变形，形成直角变形区。随着合金进入挤压模腔，形成腔体入口区。最终，合金在模具内完成挤压成形，形成挤压变形区。

连续挤压过程中不同区域的 OM 照片。通过可以看出连续挤压全过程各个阶段的组织的变化规律，在刚性移动区，晶粒沿着挤压轮运转的方向被拉长，还可以看出有少量的滑移线。在镦粗变形区，晶粒被镦粗，尺寸明显增大，晶粒呈多边形状。在粘着区，出现了粗大的纤维组织，中间存在剪切带，这种剪切带具有很高的储能，有利于再结晶的形核。剧烈的剪切变形使高密度的位错形成，逐渐在晶体内形成了包状结构。在直角变形区，晶粒呈纤维状，开始发生动态再结晶。在腔体入口区，晶粒继续发生再结晶，在挤压变形区，晶粒发生完全再结晶，形成细小的再结晶晶粒。由显微组织变化可知，连续挤压的过程 Cu-Cr-Zr 合金的显微组织不断在变化，由粗大不规则的晶粒逐渐演变成了细小均匀的等轴晶，铜合金的综合性能也必然得到很大的提升。

当 Cu-Cr-Zr 合金坯料从挡料块位置向腔体入口流动，在直角变形区坯料发生 90^∘ 的剪切形变，产生大量的变形热， Cu-Cr-Zr 合金在剪切变形和高温的作用下，原始的铸态组织演变成变形组织。当 Cu-Cr-Zr 合金进入模腔后产生扩展成形充满模腔，金属变形速度降低，其储存能足以使合金充分的发生完全再结晶。已有许多研究工作者们通过对连续挤压过程的模拟分析发现变形量均影响晶粒大小；在刚性移动区、墩粗区和粘着区晶粒大小基本没变，这与金相显微组织观察的结果是一致的。金属在直角变形区和挤压变形区组织变形最为剧烈，也对最终晶粒组织起着决定性的作用。以下就刚性移动区、直角变形区、挤压变形区这三个区域的组织变化进行了着重的研究。

连续挤压过程中刚性移动区、直角变形区以及挤压变形区的 EBSD 图，可以很清晰地表征出合金组织在连续挤压变形过程中的变化。在刚性移动区，晶粒保留铸态晶粒特征，沿着挤压轮方向被拉长，晶粒尺寸很大，为40.55μmms 。且大部分晶界都呈小角度晶界，占 80.4% 。直角变形区 Cu-Cr-Zr 合金的 EBSD 形貌、晶粒尺寸以及取向分布，从图中可以看出，通过挤压入口处的剪切变形后，直角弯曲区处合金在剪切变形后晶粒尺寸变小，平均晶粒尺寸达到 1.38μm_⨀ 。合金中，小角度晶界占据的体积分数高达 60.5% ，而大角度晶界则呈现出显著的增长趋势。这表明，在合金变形过程中，新生成的晶界最初是以亚晶界或取向差极小的小角度晶界形式出现。随着变形的进行，晶粒内部产生了大量的位错和滑移，晶粒发生变形并转向压力轴方向。这一过程导致小角度晶界数量的增加，进而使得大角度晶界的分布趋势发生变化。合金在挤压变形区的 EBSD 形貌、晶粒尺寸以及取向分布，从图中可知，合金经过直角变形区之后，晶粒尺寸更加细化，达到 1.30μm ，有更多的小尺寸的晶粒，这些经历显示了亚晶粒间清晰的晶界，这表明存在很大比例的大角度晶界，在这个区域的小角度晶界相对比例为 55.7% ，明显低于刚性移动区和直角变形区处样品的小角度晶界。因此，可以得出，一些小角度晶界已经转化为大角度晶界，同时，挤压变形区合金的取向差为 60^∘ 的晶界体积分数明显高于其余两个区域。