cucrzr合金连续驱动摩擦焊接头组织的演变(附件)【字数：11673】
本文以具有高强高导性能的Cu-Cr-Zr合金作为研究对象，采用连续驱动摩擦焊在不同的焊接工艺参数下对其进行焊接。通过自动硬度显微计测量焊缝接头处的硬度大小、金相显微镜观察焊缝各个区域内组织的生长情况、涡流导电仪测量接头的导电率等测试方法来研究Cu-Cr-Zr合金连续驱动摩擦焊接头组织的演变以及性能变化。 试验研究表明在本实验的范围内通过对焊接接头的各项组织性能的观察和分析，发现在一级摩擦时间4s，一级摩擦压力1Mpa，二级摩擦压力1Mpa，二级摩擦位移2mm，顶锻时间2s，顶锻压力1.3Mpa情况下，焊接接头的性能较好；焊缝到母材依次形成了焊合区、热机影响区以及过渡区，其中焊合区为等轴晶粒，热机影响区的组织主要为等轴晶并夹杂了少量的拉长晶粒，过渡区发生了部分变形和再结晶，同时含有少量等轴晶粒；焊接接头经过固溶+时效热处理后焊接接头的硬度和导电率都有一定幅度的提升。原始纤维状组织完全消失，晶粒转变成粗大等轴晶，同时含有少量退火孪晶。关键词Cu-Cr-Zr合金；连续驱动摩擦焊；固溶、时效热处理
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 引言 1
1.2 CuCrZr合金 1
1.2.1 CuCrZr合金研究现状 1
1.2.2 CuCrZr合金性能 2
1.3 摩擦焊技术介绍 4
1.4 铜合金的摩擦焊研究 5
1.5 研究背景及内容思路 6
第二章 试验材料、设备和方法 8
2.1 试验材料 8
2.2 试验设备 8
2.3 试验及测试方法 9
2.3.1 焊前准备 9
2.3.2 焊接工艺参数 9
2.3.3 硬度测试 9
2.3.4 金相测试 10
2.3.5 扫描电镜测试 11
2.3.6 导电率测试 11
2.3.7 固溶+时效热处理 11
第三章 试验结果与分析 13
3.1 引言 13
3.2 焊接过程及宏观结果分析 13
3.2.1 焊接过程 13
3.2.2 焊接参数的设定 14
3.2.3 焊接宏观形 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
貌分析 15
3.3 硬度测试分析 17
3.3.1 接头轴向硬度 17
3.3.2 接头径向硬度 17
3.3.3 固溶+时效处理接头硬度 18
3.4 金相显微组织观察与分析 19
3.4.1 接头轴向组织特征 19
3.4.2 飞边 21
3.4.3 固溶+时效处理后的焊接接头组织 21
3.5 扫描电镜分析 22
3.6 接头导电率分析 23
3.6.1 未经热处理的焊缝接头导电率 23
3.6.2 固溶+时效后接头导电率 24
结 论 26
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪 论
1.1 引言
高强度高导电CuCrZr合金作为高性能时效强化型铜合金因为其优越的综合性能广泛应用于集成电路引线框架材料、电车、热交换材料和电力机车架空导线及电气化高速铁路用接触材料等诸多领域[1]。CuCrZr合金的理论研究与生产实践经过了几十年的发展已经取得了较显著的成果，尤其是在合金的强化方式、热处理工艺方面更是如此。CuCrZr合金是目前研制出来的少数能满足超大规模集成电路性能要求的高强高导框架材料，此体系合金一般含有0.15wt%~0.35wt%的Cr，0.08wt%~0.25wt%的Zr，抗拉强度最高可达600MPa以上，电导率最高可达82%IACS，且合金的抗软化温度高，耐磨性能好[2]。
CuCrZr合金由于其较高的导热率、密度、流动性，小的表面张力，焊缝金属并不能完全填充母材，使CuCrZr合金在熔化焊接时易形成氧化膜，焊缝处的材料由于热量的不足而出现了气孔、未完全焊合、热裂纹等缺陷。这些连接方法下铜合金的力学性能和电学性能都不能够达到使用要求，所以铜合金之间的如何的牢固连接是目前世界上铜合金处理的一项工程技术难点，限制了铜合金的应用[3]。而摩擦焊作为一种高效、节能的固态焊接过程，利用其对CuCrZr合金进行焊接，可以避免一些熔焊缺陷的同时，相对于其他的焊接方法，它的焊接效率高、成本低，可以重新再利用。
因此研究CuCrZr合金的摩擦焊技术，优化CuCrZr合金的焊接工艺参数提供依据，是具有很大意义的。
1.2 CuCrZr合金
1.2.1 CuCrZr合金研究现状
高强高导CuCrZr合金由于良好的综合性能，目前正会朝着多微合金化方向发展，各种稀土元素和微合金元素在铜合金中的作用机理还有待进一步的研究、时效后的析出相在基体结构上的位相关系仍有待于进一步的分析，这些对于研究高导高强的CuCrZr合金有着比较重大的意义，可以帮助研究者分析合金的显微组织结构，提高CuCrZr系合金的各项性能指标，以及对合金的凝固和时效进行进一步的研究，国内这方面的研究目前还处于起步阶段，有待于更深入的研究[4]。高强高导系列的铜合金，目前已经形成了几个主要的系列合金：CuFe（P）、CuNi（Si）、CuAg、CuMg、CuCr（Zr）系合金[5]。
由于室温的情况下Cr，Zr在铜中的固溶度很小，用常规固溶时效处理来提高合金性能受到了限制，因此人们研究了各种制备技术对性能的影响。
目前国内外普遍采用的强化技术工艺是：固溶淬火+冷变形+时效。固溶淬火形成过饱和固溶体，冷变形造成空位、位错等缺陷，增加了时效时的形核率。时效时形成高度弥散的Cr粒子可以强化合金[6]。形变强化是通过大量的变形使得合金硬化，这与位错运动和交互作用有关，随着塑性变形的进行，一方面位错不断增加使得交割加剧，产生位错塞积群、割阶等障碍，组织位错进一步运动，提高了合金强度；另一方面对电子波产生散射，使得金属导电性下降，因此形变强化往往不单独使用，而是配合其他强化手段一起使用，在固溶淬火+时效和固溶淬火+冷变形+时效两种工艺条件下，对合金的性能和组织进行研究。CuCrZrMg合金在固溶淬火+时效和固溶淬火+冷变形+时效两种条件下合金的组织和性能进行研究[7]。结果显示：固溶后直接时效，过饱和固溶体析出Cr和Cu3Zr，可获得比较强的弥散强化效果；固溶冷轧变形后再时效，除时效析出外，固溶体基体中还存在位错亚结构，同单纯的固溶时效相比较，在相同固溶时效工艺的条件下，合金的抗拉强度、屈服强度、硬度和电导率都有着一定幅度的提高，但延伸率下降了62%；而二级时效工艺对CuCrZr合金性能的也有一定的影响，使合金的抗拉强度比一级时效处理提高了50~100MPa，电导率提高了6%~8%IACS，它的工艺路线为固溶淬火+冷加工+时效+冷加工+时效+冷加工[8]。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1 引言 1
1.2 CuCrZr合金 1
1.2.1 CuCrZr合金研究现状 1
1.2.2 CuCrZr合金性能 2
1.3 摩擦焊技术介绍 4
1.4 铜合金的摩擦焊研究 5
1.5 研究背景及内容思路 6
第二章 试验材料、设备和方法 8
2.1 试验材料 8
2.2 试验设备 8
2.3 试验及测试方法 9
2.3.1 焊前准备 9
2.3.2 焊接工艺参数 9
2.3.3 硬度测试 9
2.3.4 金相测试 10
2.3.5 扫描电镜测试 11
2.3.6 导电率测试 11
2.3.7 固溶+时效热处理 11
第三章 试验结果与分析 13
3.1 引言 13
3.2 焊接过程及宏观结果分析 13
3.2.1 焊接过程 13
3.2.2 焊接参数的设定 14
3.2.3 焊接宏观形 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
貌分析 15
3.3 硬度测试分析 17
3.3.1 接头轴向硬度 17
3.3.2 接头径向硬度 17
3.3.3 固溶+时效处理接头硬度 18
3.4 金相显微组织观察与分析 19
3.4.1 接头轴向组织特征 19
3.4.2 飞边 21
3.4.3 固溶+时效处理后的焊接接头组织 21
3.5 扫描电镜分析 22
3.6 接头导电率分析 23
3.6.1 未经热处理的焊缝接头导电率 23
3.6.2 固溶+时效后接头导电率 24
结 论 26
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪 论
1.1 引言
高强度高导电CuCrZr合金作为高性能时效强化型铜合金因为其优越的综合性能广泛应用于集成电路引线框架材料、电车、热交换材料和电力机车架空导线及电气化高速铁路用接触材料等诸多领域[1]。CuCrZr合金的理论研究与生产实践经过了几十年的发展已经取得了较显著的成果，尤其是在合金的强化方式、热处理工艺方面更是如此。CuCrZr合金是目前研制出来的少数能满足超大规模集成电路性能要求的高强高导框架材料，此体系合金一般含有0.15wt%~0.35wt%的Cr，0.08wt%~0.25wt%的Zr，抗拉强度最高可达600MPa以上，电导率最高可达82%IACS，且合金的抗软化温度高，耐磨性能好[2]。
CuCrZr合金由于其较高的导热率、密度、流动性，小的表面张力，焊缝金属并不能完全填充母材，使CuCrZr合金在熔化焊接时易形成氧化膜，焊缝处的材料由于热量的不足而出现了气孔、未完全焊合、热裂纹等缺陷。这些连接方法下铜合金的力学性能和电学性能都不能够达到使用要求，所以铜合金之间的如何的牢固连接是目前世界上铜合金处理的一项工程技术难点，限制了铜合金的应用[3]。而摩擦焊作为一种高效、节能的固态焊接过程，利用其对CuCrZr合金进行焊接，可以避免一些熔焊缺陷的同时，相对于其他的焊接方法，它的焊接效率高、成本低，可以重新再利用。
因此研究CuCrZr合金的摩擦焊技术，优化CuCrZr合金的焊接工艺参数提供依据，是具有很大意义的。
1.2 CuCrZr合金
1.2.1 CuCrZr合金研究现状
高强高导CuCrZr合金由于良好的综合性能，目前正会朝着多微合金化方向发展，各种稀土元素和微合金元素在铜合金中的作用机理还有待进一步的研究、时效后的析出相在基体结构上的位相关系仍有待于进一步的分析，这些对于研究高导高强的CuCrZr合金有着比较重大的意义，可以帮助研究者分析合金的显微组织结构，提高CuCrZr系合金的各项性能指标，以及对合金的凝固和时效进行进一步的研究，国内这方面的研究目前还处于起步阶段，有待于更深入的研究[4]。高强高导系列的铜合金，目前已经形成了几个主要的系列合金：CuFe（P）、CuNi（Si）、CuAg、CuMg、CuCr（Zr）系合金[5]。
由于室温的情况下Cr，Zr在铜中的固溶度很小，用常规固溶时效处理来提高合金性能受到了限制，因此人们研究了各种制备技术对性能的影响。
目前国内外普遍采用的强化技术工艺是：固溶淬火+冷变形+时效。固溶淬火形成过饱和固溶体，冷变形造成空位、位错等缺陷，增加了时效时的形核率。时效时形成高度弥散的Cr粒子可以强化合金[6]。形变强化是通过大量的变形使得合金硬化，这与位错运动和交互作用有关，随着塑性变形的进行，一方面位错不断增加使得交割加剧，产生位错塞积群、割阶等障碍，组织位错进一步运动，提高了合金强度；另一方面对电子波产生散射，使得金属导电性下降，因此形变强化往往不单独使用，而是配合其他强化手段一起使用，在固溶淬火+时效和固溶淬火+冷变形+时效两种工艺条件下，对合金的性能和组织进行研究。CuCrZrMg合金在固溶淬火+时效和固溶淬火+冷变形+时效两种条件下合金的组织和性能进行研究[7]。结果显示：固溶后直接时效，过饱和固溶体析出Cr和Cu3Zr，可获得比较强的弥散强化效果；固溶冷轧变形后再时效，除时效析出外，固溶体基体中还存在位错亚结构，同单纯的固溶时效相比较，在相同固溶时效工艺的条件下，合金的抗拉强度、屈服强度、硬度和电导率都有着一定幅度的提高，但延伸率下降了62%；而二级时效工艺对CuCrZr合金性能的也有一定的影响，使合金的抗拉强度比一级时效处理提高了50~100MPa，电导率提高了6%~8%IACS，它的工艺路线为固溶淬火+冷加工+时效+冷加工+时效+冷加工[8]。
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