连续铸造铜线材冷拔形变织构的演化及计算机模拟

采用X射线衍射以及电子背散射衍射技术分析连续铸造技术制备的铜线材冷拔形变织构的演化,并采用Taylor模型对其进行计算机模拟。结果表明,采用传统连续铸造技术制备的多晶铜线材经过冷拔变形后形成〈001〉＋〈111〉丝织构,随着变形量的增加,2种织构组分的强度增加。OCC技术制备的〈100〉单晶铜线材,在冷拔变形过程中,部分区域的〈100〉会向〈111〉转动,并且剪切应力的不均匀分布将导致形变织构组分沿线材径向不均匀分布。在冷拔织构组分中,与〈100〉相比,〈111〉织构组分更加稳定。实验结果与模拟结果对比表明,Taylor模型能够很好地模拟铜线材冷拔形变织构的演化。     

OCC技术制备的单晶铜线材冷拔组织TEM分析

采用TEM系统分析了OCC技术制备的单晶铜线材在冷拔过程中形成的位错胞、几何必须界面以及孪晶,发现当真应变小于0.94时,冷拔单晶铜线材的微观组织为位错胞。当真应变大于0.94时,其微观组织主要包括位错胞和几何必须界面两类组织。其中位错胞沿冷拔方向拉长,横界面上为等轴状。随变形量的增加,位错胞尺寸减小,当真应变大于1.39时,位错胞尺寸不再随塑性变形量的增加而减小,其直径保持在0.28 μm左右。当变形量比较小时,两类几何必须位错界面属于晶体学界面,当变形量比较大时,几何必须位错界面与冷拔方向平行。同时,分析还发现冷拔单晶铜线材中存在少量由凝固过程形成并遗传到形变组织以及在冷拔过程直接形成的两类孪晶。     

单晶铜新材料的开发

具有国家级技术专利的单晶铜生产线,日前在郑州电缆集团建成。单晶铜是无氧铜的升级换代产品,具有良好的电和力学性能及非常优异的塑性加工性能,可加工成超细的线材,可以作为生产集成电路、大型计算机以及电子仪器、音响设备所需的高性能材料的原材料。目前,这类材料我国全部靠     

铜单晶线材静态及动态拉伸试验的研究

通过利用自制的区域熔化单晶化设备(即水平式热型连铸技术)制造出3 mm纯铜单晶线材.实验结果表明:铜单晶线材静态最大抗拉强度约128MPa,其伸长率达133%;单晶铜线材承受的应力达105 MPa时,塑性变形开始,其试样表面变形特征呈单系滑移.当应力大于110MPa时,其试样表面变形特征呈双系滑移.当应力大于114 MPa时,变形呈现多系滑移现象;其断口形貌上有大量的韧窝,呈典型的韧性断口.     

小直径长单晶铜线材的制备

在对单晶连铸技术长期研究的基础上，分析了制备小直径长单晶铜线材的几个关键技术问题，对传统的单晶连铸设备进行了改进。采用区域熔炼与热型连铸相结合的方法，为生产无限长、小直径单晶铜线材提供了可靠、稳定的设备与工艺．利用自制的铜线材单晶化设备，对生产长单晶铜线材的工艺进行了研究。结果表明：形成向液态金属中凸出的液固界面是制备单晶线材的基础，液固界面所处的位置是保证单晶线材质量稳定的关键。在加热铸型内部距型口5mm左右的位置保持液固界面呈向液态金属中凸出的形状．可以保证获得质量稳定的单晶铜线材。     

单晶铜线材在冷拔过程中形成的亚结构

采用光学金相和电子背散射衍射对单晶铜线材拉拔变形过程中的组织演化进行了分析.结果表明,变形单晶铜线材组织的演化分为3个阶段;当真应变为1.96时,变形单晶铜线材由〈100〉转变为〈100〉、〈111〉以及比较弱的〈112〉丝织构,织构组分转变是由剪切变形所致;当真应变为0.94时,界面错配角小于14°,属于小角度界面,当真应变为1.96时,界面错配角超过50°,在25°～30°大角度范围出现了由织构演化形成的第2个峰.     

热型连铸铜线材晶粒生长及演化特征的研究

采用热型连续铸造方法，选择不同的工艺参数制备直径为3mm的铜线材。用光学显微镜观察线材晶粒形成及生长进程。结果表明：在一定的牵引速度条件下，纯铜线材晶粒生长的特征是从引晶开始阶段的等轴多晶体渐渐演化为柱状多晶体，最终形成单晶体；当牵引速度增大时多晶体演化成单晶体的距离也随之增长；直径为3mm铜线材演化成单晶体的距离在30～80mm内。经X射线分析和透射电镜分析能够确定：铜单晶线材晶体择优生长方向为[100]。     

热型连铸单晶金属的制备与拉伸特性研究

采用自制的热型连铸设备,制备出了直径为12mm的单晶铜、单晶铝、单晶锌棒材;对三种棒材的拉伸特性进行了测试、分析,并与多晶铜、多晶铝线材进行了对比.试验结果表明,热型连铸的单晶金属比多晶金属的拉伸性能大大提高.单晶铝比多晶铝伸长率提高了156.12％,断面收缩率提高了578.36％.单晶铜比多晶铜伸长率提高了131.75％,断面收缩率提高了353.34％.单晶锌的抗拉强度只有7 MPa,伸长率为13.29％.从应力-应变曲线可以得出:单晶铝、单晶铜的加工硬化倾向较小,单晶锌则具有明显的加工硬化倾向.     

Cu-Al合金薄板内氧化法制备块体Cu-Al_2O_3复合材料

采用Cu-Al合金薄板内氧化和热挤压成型相结合的方法制备块体Cu-Al2O3复合材料。89.7 mm×0.5 mm的Cu-0.16 mass%Al合金圆薄片900℃×8 h内氧化后,经表面清理、叠层装入包套、密封和800℃热挤压,制备出了20 mm的Cu-Al2O3复合材料棒材(块体材料),并经冷拔制备出了生产所需的3 mm的线材产品。热挤压棒材和冷拔线材截面呈现出"年轮"结构。热挤压棒材的导电率为96.3%IACS,冷拔线材的导电率、屈服强度和抗拉强度分别为94.1%IACS、417 MPa和445 MPa。     

高精度液压柔性冷拔工艺的有限元模拟和实验分析

高精度液压柔性冷拔工艺是一种新型的钢管冷加工工艺。利用Deform-3D有限元分析软件对液压柔性冷拔工艺中冷拔模具和钢管之间的受力状态进行数值模拟。对不同工艺参数条件下,钢管分别通过4个模具油槽时的应力、应变状态及变形规律进行模拟;分析了在柔性冷拔过程中钢管横截面壁厚增量及钢管纵截面壁厚延伸量的变化规律。采用优化后的工艺参数及改进后的模具结构,对20#无缝钢管进行高精度液压柔性冷拔工艺试验;试验成形的钢管减径效果明显,管坯直径由Φ30 mm×2 mm减至Φ26 mm×2 mm,实现了冷拔减径目标,钢管壁增厚量微小,平均增厚量为0.02 mm,表面成形质量良好,试验结果与模拟结果相符。     

矫直工序对MRI磁体用超导线材性能的影响

通过研究铜比7,尺寸为1.8 mm×1.2 mm线材在复绕过程中添加矫直这一冷加工变形工序,研究了矫直工艺对线材的低温性能、尺寸和绝缘电压的影响。结果表明:增加矫直工序后,对线材起到了一定的加工硬化作用,线材的RRR值和绝缘电压分别下降了7%~15%,但对线材尺寸和临界电流影响不大,对比线材的使用要求发现,经矫直工序后的线材完全可满足线材的使用要求。     

旋锻复合铜包铍铜线材的组织性能

采用热旋锻-拉拔方法制备了直径为1.4 mm、包覆铜层厚度均匀、界面结合良好的铜包铍铜复合线材,研究了热旋锻、拉拔、中间退火和固溶形变时效对复合线材组织性能的影响。结果表明：合理的旋锻制度为旋锻温度700℃,单道次变形量50%,旋锻两道次,可获得良好的复合界面结合质量。线材拉拔过程中的合理中间退火工艺为(600℃, 1 h),此时铍铜基本完成再结晶,界面层没有发生明显增厚,线材塑性相对较好,断后伸长率为38.5%。线材合理的固溶-形变-时效工艺为经780℃固溶10 min后变形拉拔40%,然后再经320℃时效2 h。此时线材综合力电性能较好,抗拉强度为896 MPa,导电率为50.5%IACS。     

单晶铜线材表面防氧化聚氨酯涂料的研制

单晶铜线材具有优异的力学、电学性能,但其表面易氧化,影响外观和表面质量。以聚氨酯、甲苯二异氰酸酯(TDI)、环氧树脂E-20为原料,制备出一种新型的单晶铜线材表面防氧化涂料,并对涂料的各项性能进行了测试。测试结果表明:所研制的涂料具有良好的力学性能和耐腐蚀性能,将其涂覆于单晶铜线材表面,在室温下能有效防止铜线材表面变色,并使铜线材在150℃时的氧化速度仅为裸单晶铜线的17.840%。     

连续纤维晶纯铜高温与低温退火的对比研究

采用电子背散射衍射技术对比研究了经大变形冷拔后的连续纤维晶纯铜线材860℃×30 s高温短时退火与400℃×1 h低温长时退火其微观组织、织构和晶界特征分布以及力学性能和导电性能的变化规律。结果表明:经860℃退火30 s后铜样品基本完成再结晶,其晶粒平均直径为20μm与400℃×1 h退火结果 25μm相差不大,且两者的织构均为较明显的100丝织构;860℃退火30 s后其重合位置点阵(Coincidence Site Lattice,CSL)晶界量可达51%明显高于400℃退火处理结果 35%。高温退火后的抗拉强度和导电率与低温大致相当,高温退火和低温退火后铜线的导电率均达到较高水平分别为103.29%IACS和101.50%IACS。因此,连续纤维晶纯铜线材经860℃高温短时退火后获得的力学性能和导电性能不低于低温退火。     

Cu-Fe-Cr原位复合材料中的纤维相

通过感应熔炼、铸造、锻造和冷拔变形制备了Cu-16Fe-2Cr(质量分数,％)原位复合材料,最终线材(其轧制后的冷拔变形量达到η=ln(A_0/A)=5.42,A_0和A分别为冷拔起始和冷拔后线材的横截面面积)的抗拉强度为980 MPa。将Cu基体选择腐蚀后提取出纤维,采用SEM和TEM观察分析纤维相组织形态。在较低的应变量时,一些Fe—Cr纤维保持着与铸态树枝晶相同的bcc单晶结构,选区电子衍射表明纤维已经形成了〈110〉织构。在较高的应变量时,单根Fe-Cr纤维分为一些由晶界隔开的平行亚单元(宽度约为100 nm),通过亚单元共同的[110]衍射获得了晶粒之间的相对取向关系,相邻晶粒的偏差角在11°—82°之间。根据Hall-Petch关系讨论了原位复合材料的强度问题。     

超薄超细智能手机热管拉拔工艺及组织性能演变北大核心CSCD

在液压直拉机上采用游动芯头拉拔成形智能手机用超薄超细无氧铜热管,研究了拉拔工艺对拉拔过程断管的影响,观察各道次铜管晶粒组织演变和拉拔过程中的力学性能和导电性能变化。结果表明:无氧铜管经游动芯头多道次拉拔,晶粒不断趋于沿拉拔方向的纤维状,同时抗拉强度和维氏硬度不断提升,而拉拔变形对导电率的影响比较小。当无氧铜管累计变形量达75.8%时,铜材的抗拉强度为416.5 MPa,继续拉拔容易发生断管问题,需进行中间退火。经过8道次拉拔变形,1次中间退火处理后,得到抗拉强度为403.8 MPa、伸长率为1.78%、导电率为98.85%IACS、外径公差为±0.02 mm、壁厚公差为±0.01 mm的Ф2 mm×0.08 mm规格的超薄超细智能手机热管。     

无氧铜接触线加工工艺及产品性能研究

通过对引进上引法无氧铜杆生产线的技术改造,试制了无氧铜接触线,并研究了无氧铜接触线加工工艺及产品性能.结果表明:Fe含量对无氧铜接触线电阻率影响较大,对于85 mm2无氧铜接触线,在w(Fe)超过20×10-6时,电阻率超标;S、O、H含量对其强度及电阻率影响不大,但对其塑性影响较大,当w(S)超过38×10-6、w(O)超过8×10-6、w(H)超过0.6×10-6时,无氧铜接触线塑性显著下降.S含量取决于电解铜原料,Fe、O、H含量取决于上引法连铸的生产工艺过程.     

<110>取向银单晶宏/微观裂化及界面失配角分布

以低层错能110取向单晶银为研究对象,采用EBSD和TEM等技术,系统分析了冷拔变形过程中的宏观裂化、微观裂化和界面失配角分布的变化规律与内在机制。研究结果表明,随应变量的增加,冷拔银单晶的宏观裂化不断加剧,变形带数量增加,宽度和间距减小。当应变量大于0.94时,形成了与冷拔方向平行的纤维状组织。与层错能相近的合金相比,纯金属单晶银的交滑移和攀移的被抑制程度降低,除了变形孪晶,在低层错能的单晶银中还出现大量随机捕捉位错界面和几何必须位错界面。界面失配角分析结果表明,低应变下,变形以位错滑移为主;中等应变下,滑移和孪生相互竞争;高应变下,孪生为主要变形机制。     

退火温度对冷静液挤压铜包铝线材组织和力学性能的影响

研究了退火温度对冷静液挤压铜包铝线材组织和性能的影响规律,在界面断裂形式分析的基础上探讨了其作用机理.结果表明:直径为6 mm的冷静液挤压态铜包铝线材合理的退火温度为350℃.低于200℃退火时,纯Cu包覆层只发生回复,复合线材的力学性能得以部分恢复;350℃退火时,铜层再结晶基本完成,复合线材的抗拉强度降到最低,延伸率则达到最高;400℃退火时,铜层晶粒开始长大,复合线材的延伸率开始劣化.界面结合强度随温度的变化呈先增加后降低的趋势,而界面的断裂则由低温退火时的铝基体塑性断裂转变为高温退火后Cu/Al界面的脆性断裂.     

冷拉拔变形对热型水平连铸单晶铜组织性能的影响

采用热型水平连铸工艺制备了φ16 mm单晶铜杆坯,并对其进行了不同变形量的冷拉拔处理,采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、智能金属导体电阻率仪和电子万能试验机等分析了铸态和拉拔态单晶铜的组织、导电率、抗拉强度和断口形貌。结果表明:铸态单晶铜杆坯的导电率为102.2%IACS,抗拉强度为141 MPa,经总变形量为96.5%的冷拉拔变形后(φ16 mm→φ3mm),导电率高达98.86%IACS的同时,抗拉强度大幅提升至414 MPa,同铸态相比,拉拔态线材导电率仅降低了3.3%,而抗拉强度提高了193.6%;铸态杆坯的显微组织呈现无晶界特征,拉拔态组织为纤维晶组织;断口形貌表明铸态杆坯断口呈现扁铲状,断裂机制为微孔长大型断裂,经总变形量为96.5%的冷拉拔变形后断口横纵比变小,出现大韧窝里包含许多小韧窝的现象,断裂机制为韧窝-微孔聚集型断裂; TEM观察表明当总变形量为96.5%时,分隔位错胞块的高密度位错墙(DDWs)和微带(MBs)的数量明显增加。