【摘 要】
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近年来,我国高铁动车发展迅速,因此,要求提供动力能源的输电线具有更高的抗拉强度（>550 MPa）和导电性（>80%IACS）。铜合金由于其优秀的导电性能和强塑性以及较为低廉的成本成为最佳材料。层状异构材料作为一种调节材料综合性能的材料设计模型,在金属材料的变形及后续热处理过程中极易被引入。本文采用采用旋锻（rotary swaging,RS）和扩散焊+轧制两种冷变形技术及其随后的热处理技术,分别
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近年来,我国高铁动车发展迅速,因此,要求提供动力能源的输电线具有更高的抗拉强度（>550 MPa）和导电性（>80%IACS）。铜合金由于其优秀的导电性能和强塑性以及较为低廉的成本成为最佳材料。层状异构材料作为一种调节材料综合性能的材料设计模型,在金属材料的变形及后续热处理过程中极易被引入。本文采用采用旋锻（rotary swaging,RS）和扩散焊+轧制两种冷变形技术及其随后的热处理技术,分别从微观和宏观上制备层状结构的铜合金材料。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射技术和透射电子显微镜表征分析了不同变形状态下铜合金的微观组织演变规律,利用硬度、单轴拉伸实验和电学性能测试手段对其力学性能和电学性能进行了测试。主要结论如下:（1）旋锻变形及热处理制备层状CuCrZr合金的研究在920℃固溶2 h后对材料进行了真应变量ε分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5的旋锻变形处理,随后进行450℃下的时效实验（0～30 h）,结果表明:随着ε的增大,晶粒不断细化,呈长条层状组织,后续的析出强化效果越明显。ε=0的试样中晶粒尺寸为68.5μm,ε=2.5的则为2.6μm。在时效前,材料的导电率随旋锻变形量的增加而减小;而在时效后,材料导电率随旋锻变形量的增加而提高。时效前ε=0时导电率为35.8%IACS,而ε=2.5的试样为32.3%IACS;时效后,ε=0试样的导电率为72.3%IACS,ε=2.5试样的导电率为80.3%IACS。这是由于,在时效前,材料内部的缺陷降低导电率占主导因素,而在时效后,析出相增强导电率占主导因素。此外,旋锻这种特殊变形工艺产生的片层状细晶使得在电流传播上的位错数量相对于等轴细晶较少,也进一步提高了导电率。材料的硬度和抗拉强度都是随着旋锻变形量的增加而不断增加的。时效前,ε=0时,材料的硬度值、屈服强度和抗拉强度值分别为63 HV、148 MPa和305 MPa,ε=2.5时硬度值、屈服强度和抗拉强度分别达到141 HV、518 MPa和518 MPa;时效后,ε=0时,材料的硬度值、屈服强度和抗拉强度值分别为为123 HV、298 MPa和443 MPa,ε=2.5时硬度值、屈服强度和抗拉强度分别达到180 HV、627 MPa和671 MPa。这主要是归因于增强相的弥散分布、片层状细长晶粒以及位错的累积。（2）扩散焊+轧制热处理制备层状Cu/CuCrZr复合板材的研究扩散焊-冷轧-退火技术已成功用于制作具有过渡界面层的软/硬Cu/CuCrZr复合板界面并获得了卓越的综合性能。这种优越的组合强度和延展性（最终强度约为312 MPa和15%的均匀伸长率以及23%的断裂延伸率）归因于结合良好的过渡界面,它可以产生几何必须位错的（geometrically necessary dislocations,GNDs）从而引起的更大的应变梯度（15μm）,这种应变梯度通过前/背应力强化机制增强材料的强度和延展性。软质/硬质合金的显微组织和硬度比对前/背应力强化有巨大的影响。轧制后未退火和250℃退火的的软层和硬层中的高密度位错会阻碍GNDs的产生和积累从而削弱了前应力强化对于延展性的作用,450℃退火的样品晶粒长大严重而导致综合性能相对下降。因此在350°C退火的错位较少的Cu/CuCrZr复合板拥有最好的综和性能。此外层数的累计也增强了前/背应力强化效果。
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