擠壓態CuCr25合金熱變形行為及其加工圖

陳剛 段為樑 吳旭升

摘要：在Gleeble3500D熱模擬試驗機上，對擠壓態CuCr25合金在應變速率為0.01～10 s-1，變形溫度為750～900 ℃的條件下進行恒溫壓縮模擬實驗.結果表明：擠壓態 CuCr25合金在熱變形過程中流變應力隨變形溫度升高和應變速率降低而減小；可用雙曲正弦模型來描述合金的流變行為，其平均激活能為383.4 kJ/mol；基于動態材料模型獲得了擠壓態 CuCr25合金的熱加工圖，并結合金相顯微組織分析得到了該合金在實驗參數范圍內較優的熱加工工藝參數范圍：加工溫度830～900 ℃，應變速率為0.01～0.1 s-1.

關鍵詞：擠壓態 CuCr25合金；熱壓縮變形；變形激活能；加工圖

中圖分類號：TG301 文獻標識碼：A

CuCr合金具有強度和硬度高、導熱性和導電性好以及抗腐蝕性強等優點而廣泛應用于制備電阻電極、觸頭材料、集成電路引框架、電車及電力火車架空導線、電動工具的轉向器、大型高速渦輪發電機轉子導線、電工開關以及電動機集電環等要求高導電率高強度的產品，尤其是在大功率高中壓真空開關中CuCr合金顯示出其廣闊的應用前景[1-3].目前，關于銅鉻材料的研究，主要集中在制備工藝方面，而關于銅鉻合金材料高溫熱變形的研究，鮮有報道.

熱加工是合金材料制備的關鍵工序，在熱變形加工中，材料由于熱力作用其組織性能發生復雜的冶金學變化，宏觀上的熱流變應力是表征合金在熱變形過程中材料塑性變形性能的一個最基本量，研究熱變形過程中的熱流變應力對金屬塑性變形理論的研究以及制定合理的熱加工工藝具有重要的作用.熱加工圖是基于動態材料模型（DMM）的能量圖和失穩圖的疊加，在合金熱加工過程的優化以及新材料加工參數的設置中得到廣泛應用[4-7].目前，對銅合金的熱變形行為和加工圖已有較多的研究報道，張輝等[8]對KFC銅合金熱壓縮變形流變應力進行了分析；張良等[9]對Cu8.0Ni1.8Si0.15Mg合金熱變形行為進行了研究；劉勇等[10]對鎢含量不同的WCu復合材料高溫變形行為進行了研究；肖艷紅[11]等對H62黃銅流變行為建立了本構模型；Gronostajsk[12]根據鋁青銅的熱壓縮應力應變曲線作出熱加工圖并對其熱變形行為進行了分析.本文在Gleeble3500D熱模擬實驗機上，對擠壓態CuCr25合金在不同溫度、不同變形速度下進行圓柱體高溫單道次軸對稱壓縮試驗，得到該合金的真應力真應變曲線，通過對合金熱壓縮變形流變應力、應變速率以及變形溫度之間的關系的研究，計算出該合金的熱變形激活能，建立擠壓態CuCr25合金高溫流變應力本構方程及熱加工圖，為該合金后續軋制熱加工工藝的制定和優化提供實驗數據和理論依據.

1實驗

實驗用原材料為直徑為43 mm的CuCr25合金熱擠壓棒材，將原始棒材加工成尺寸為Φ10 mm×15 mm的壓縮試樣，熱壓縮試驗在Gleeble3500熱模擬機上進行.壓縮過程中，在圓柱體試樣兩端的槽內填充75%石墨+20%機油+5%硝酸三甲苯脂，以減小變形過程中摩擦力對流變應力的影響.變形溫度范圍為750～900 ℃，應變速率為0.01～10 s-1，總壓縮真應變為0.6，熱模擬實驗的升溫速度為10 ℃/s，保溫時間為5 min.壓縮完成后立即水冷到室溫，以保留變形后的組織.采用線切割方法將變形試樣沿軸向中心剖開，利用NEOPHOT32 金相顯微鏡觀察熱壓縮后的顯微組織.

3結論

1）擠壓態CuCr25合金在變形溫度為750～900 ℃，應變速率為0.01～10 s-1時，發生明顯的動態再結晶；在相同的變形溫度下，流變應力隨著變形速率的增加而升高，在相同的應變速率下，真應力水平隨溫度的升高明顯下降.

2）擠壓態CuCr25合金流變應力行為滿足雙曲正弦模型，合金的平均激活能Q為383.4 kJ/mol，流變應力方程為

=1.546 59×1017[sinh （0.010 37σ）]7.353 22×

exp （-383 4008.314T）

3） 擠壓態CuCr25合金在變形溫度為830～900 ℃，應變速率大于1 s-1時材料會發生流變失穩，在指定熱加工參數時應避免；該合金的最佳熱變形工藝參數：變形溫度為830～900 ℃，應變速率0.01～0.1 s-1.

參考文獻

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[2]WANG Xinjian，DONG Xianping，WU Jiansheng. Effects of Cr dopant on the microstructure and electromigration performance of Cu interconnects [J].Applied Surface Science，2009，225（30）：9273-9278.

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