不同冷變形和時效處理工藝對CuCrZr合金組織和性能的影響

張 健

（沈陽有色金屬加工有限公司，遼寧 沈陽 110000）

CuCrZr合金為高強高導電銅合金，隨著超大規模和極大規模集成電路引線框架時代的到來，人們對CuCrZr系合金的要求也越來越高[1]。盡管之前有學者對CuCrZr系合金的導電性能、力學性能進行過研究，但研究不同的冷變形和時效處理工藝的鮮有報道。基于此，本文主要探討不同冷變形和時效對Cu0.6Cr0.25Zr合金組織和性能的影響。

1 實驗材料與方法

試驗采用50Kg真空感應爐熔煉制備CuCrZr合金，其成分組成為Cu0.6Cr0.25Zr，并使用鐵模澆鑄成鑄錠，車床銑掉表面鑄造缺陷，后在電阻爐中加熱950℃×1h，在二輥熱軋機上熱軋開坯，經多道次熱軋至8mm，并在電阻爐內進行970℃×1h固溶處理，經淬火后分別進行50%、75%和95%的冷變形，然后進行時效，工藝為420℃、450℃和480℃，保溫均為4h。

試樣金相顯微組織采用尼康NIKON LV150金相顯微鏡進行觀察，能譜掃描采用日本電子JSM-IT300型掃描電鏡進行觀察，TEM顯微組織采用JEM-2800型號投射電鏡進行觀察[2]。

2 實驗結果與分析

2.1 冷變形量對組織影響

圖1為50%、75%、95%的冷變形狀態下合金板材金相照片。由圖可知，變形量為50%時，晶粒明顯被拉長，隨著變形量增加，晶粒被越拉長。在此過程合金未產生析出相，會產生大量的晶體缺陷和一定的變形儲能，為后續的時效提供部分能量。通過比較，75%的冷變形已足以使得在后續的時效條件下可不斷析出大量均勻彌散的納米級粒子，在此狀態下合金在時效后的強度可達到最大值。

2.2 時效工藝對組織影響

采用75%冷變形量的合金板材分別進行420℃、450℃和480℃下保溫4h的時效，見圖2所示。由圖2結果可知，時效后合金組織中晶粒的形態并未發生明顯變化，說明都沒有發生再結晶，只是大量析出相的生成，三種時效溫度下合金晶界上的析出相多為富鋯相，而在晶內多為Cr的析出相，且在基體中Cr的分布也較為彌散。

通過投射電鏡分析，見圖3所示，可看出析出相在不同時效溫度下的形態。420℃時析出相細小彌散，析出相為小顆粒；450℃時，出現棒條狀的析出相和顆粒狀共存；而480℃時，僅有顆粒狀的析出相，棒狀消失，且與420℃時的情況相比，顆粒尺寸明顯長大。

圖1 冷軋不同變形量的金相照片（a）50%、（b）75%、（c）95%

圖2 冷軋后420℃、450℃和480℃時效的SEM照片

分析可知，時效前大部分的溶質仍在基體中，在420℃時效時，因溫度不高，析出相形成能相對小，只出現細小彌散相，且會有少量粗大的顆粒開始分解，會觀察到亞穩相生成。當450℃時效時，因外界給予能量增加，析出相的形成和大顆粒的分解的驅動力加大，因此出現棒狀的析出物，對合金的綜合性能較為有利。而在480℃時效時，因棒狀析出相消失，僅有顆粒狀的析出相。綜合考慮，可認為450℃×4h的時效條件是最為有利的。

圖3 冷軋后不同時效溫度的TEM照片（a）420℃、（b）450℃、（c）480℃

2.3 冷變形、時效工藝與組織性能的關系

圖4 不同時效溫度與抗拉強度、延伸率和導電率關系

圖4 是不同時效溫度與合金板材抗拉強度、延伸率和導電率之間的關系。從圖可知，時效后合金的抗拉強度隨著時效溫度的升高先升后降，延伸率隨溫度上升而逐漸增加。時效溫度對合金導電率的影響較大，合金的導電率隨著時效溫度的升高逐漸增加。綜合分析可知，在420℃時效時，合金的導電率不高。隨著合金時效溫度提高到450℃，合金中析出相增多，使合金的抗拉強度增加，延伸率和導電率也都升高。隨著時效溫度的進一步升高，析出相為尺寸相對較大的顆粒，減弱強化效果，強度降低，而顆粒的長大會使合金基體軟化，因此合金的延伸率升高。綜合可知，在970℃×1h固溶處理+75%的冷變形+450℃×4h的時效處理工藝是最佳。

3 結論

（1）經75%冷變形和450℃×4h時效后，可顯著提升Cu0.6Cr0.25Zr的抗拉強度和導電率，其抗拉強度590MPa、導電率為80%IACS、延伸率為8.3%，綜合性能最佳。

（2）Cu0.6Cr0.25Zr的合金經75%冷變形和450℃×4h時效，析出的細小棒狀析出相是提升合金綜合性能的主要因素。