单晶连铸小直径铜线材的静拉伸力学性能研究

采用单晶连铸技术生产的单晶铜线材不仅具有优美的外观和内部质量，也具有非常优异的塑性加工性能．单晶铜线材在实际应用时，一般需要进行数次冷拔变形，因此，研究其力学性能，对单晶线材获得广泛应用具有实际意义．采用自制的单晶连铸设备，制备出直径为2．6mm的单晶铜线材和多晶铜线材．对两种线材的力学性能进行测试分析，并与普通铜线材进行对比．结果表明：采用单晶连铸技术生产的铜线材的抗拉强度和屈服强度均比普通铜线材低的多，而延伸率却有大幅度提升．同种技术生产的单晶和多晶两种线材相比，单晶铜线材的塑性更为优异．对拉伸断口进行扫描发现：单晶连铸多晶铜线材和普通铜线材的断裂为典型的微孔聚集型断裂，而单晶铜线材的断裂属于滑移延伸断裂．     

塑性变形对单晶铜线材导电性影响的研究

为了研究塑性变形对单晶铜线材导电性的影响，以及电阻率与塑性变形量之间的定量关系，将Φ8mm的工业单晶铜线材冷拔后，得到塑性变形量不同的试样，用四端引线法精确测量其电阻率、结果表明，单晶铜线材的电阻率随塑性变形量的增加而上升，其原因是由于单晶铜线材的微观组织畸变程度随塑性变形量的增加而加剧。     

核辐射探测器用溴化铊材料的真空蒸馏提纯及其单晶特性研究

报道了溴化铊多晶材料的真空蒸馏提纯工艺对溴化铊(TlBr)单晶性能的影响。先以硝酸铊(TlNO3)和氢溴酸(HBr)为原料,采用化学共沉淀法合成了TlBr多晶粉体,然后采用真空蒸馏法(VD)在不同的温度(520~640℃)下对TlBr多晶粉体进行提纯,用电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)研究不同的提纯温度对多晶粉体纯度及杂质含量的影响。接着选用纯度较高的TlBr多晶粉体采用垂直布里奇曼法生长了直径为8 mm的TlBr单晶。ICP-MS测试结果表明,真空蒸馏提纯后,TlBr多晶粉体杂质含量均减小一个数量级;单晶的X射线衍射(XRD)测试表明,生长出的TlBr单晶其主要生长方向为[110];晶体的电阻率提高1个数量级以上,达到109W.cm,光学特性也明显改善,适合于探测器的制备。     

冷拔工艺对工业单晶铜线材组织和力学性能的影响

单晶铜线材常需经过冷拔变形才能使用,冷拔变形导致单晶铜线材的微观组织发生改变,影响其性能.文中在不同的冷拔工艺下,对热型连铸工业单晶铜线材进行了冷拔变形实验,分析了冷拔工艺对其组织和力学性能的影响.结果表明:当总体真应变一定时,较小的相邻模具真应变量和较低冷拔速度仅能使工业单晶铜线材内部晶粒拉长、变细.增加相邻模具真应变和冷拔速度均会导致线材内部局部区域出现形变位错界面和形变孪晶.随着冷拔速度和相邻模具真应变的增加,冷拔工业单晶铜线材的强度增加、延伸率下降.采用较低的冷拔速度,较小的相邻模具间真应变,工业单晶铜线材优异的塑性得以较好的延续,穿模成功率提升,冷拔过程中的断线率降低.     

封面图片说明

<正>封面图片来自本期论文"晶粒度对多晶铜纳米压痕表面变形机理影响",是哈尔滨工业大学郭永博教授课题组制作完成的多晶铜纳米压痕的分子动力学仿真展示.该课题组采用Poisson-Voronoi和Monte Carlo方法建立大规模多晶铜分子动力学模型,针对多晶铜Hall-Petch效应曲线建立具有不同晶粒度的多晶铜模型并与单晶铜纳米压痕模型对比,采用分子动力学方法模拟计算金刚石探针压入模型的纳米压痕过程.结果表明:具有不同晶粒度的多晶铜纳米压痕过程存在显著的规律性,单晶铜压痕力     

单晶铜线材品粒演化过程的元胞自动机法模拟

对单晶连铸生产单晶铜线材的生产过程中晶粒演化过程进行模拟.可跟踪显示晶体转变过程,定量预测晶粒形貌和晶粒度,得到工艺参数之间的合理匹配,进而通过改变工艺参数,获得理想的显微组织.通过分析单晶连铸的生产工艺过程建立数学物理模型,使用CA法模拟出了单晶铜组织演变过程和各个工艺因素对演变结果的影响.并将模拟结果与实验结果进行了比较分析.模拟结果显示:各个晶粒在生长时由于不同晶面上的择优生长,最后形成取向为<100>的单晶组织;连铸速度对固液界面的形状、位置和晶粒淘汰过程的影响较大,其他条件对演变影响不显著.     

晶粒度对多晶铜纳米压痕表面变形机理影响

为研究晶粒度在多晶材料纳米压痕过程中对其塑性变形机制及位错演生过程影响.采用Poisson-Voronoi和Monte Carlo方法建立大规模多晶铜分子动力学模型,针对多晶铜Hall-Petch效应曲线建立具有不同晶粒度的多晶铜模型,并与单晶铜纳米压痕模型对比,采用分子动力学方法模拟计算金刚石探针压入模型的纳米压痕过程,计算4种模型的缺陷结构的配位数、内应力、原子势能等参数.采用中心对称参数法研究压痕过程中位错等缺陷结构的演化机制.结果表明:具有不同晶粒度的多晶铜纳米压痕过程存在显著的规律性,单晶铜压痕力高于多晶铜,多晶铜压痕力随着晶粒度降低而下降;多晶铜的晶界结构能够限制压痕缺陷、内应力与原子势能向材料内部传递,而单晶铜难以限制此传递过程;压痕过程中,具有较小晶粒度的多晶铜具有更高的静水压力、范式等效应力与原子势能,单晶铜内应力与原子势能低于多晶铜.表层及亚表层为较低晶粒度而材料内部为较大晶粒度的梯度晶粒度材料具有极大的研究价值.     

单晶铜的包申格效应

单晶铜在实际应用时需经过多次塑性变形,将导致包申格效应的产生,对其后续工艺和产品质量产生影响.对单晶铜在先压缩后拉伸时出现的包申格效应进行了研究,并与多晶铜进行了对比.实验结果表明:单晶铜和多晶铜在正反向加载时均出现包申格效应,在预应变相同的条件下,单晶铜的包申格效应不如多晶铜的显著.单晶铜的包申格效应随预压缩量的增加先增大后减小,在预压缩量为0.156%附近该效应最为显著.多晶铜的包申格效应在预压缩量小于0.2%时变化不明显,大于0.2%时随预压缩量的增加而增加.单晶铜中出现包申格效应的根本原因是反向加载时短程应力的释放,多晶铜中由于存在晶界引起的长程应力,在反向加载时该应力和短程应力同时释放,从而体现出更为显著的包申格效应.     

单晶铜／多晶铜闪光对焊接头组织的演变

电阻焊在焊接单晶铜/多晶铜时,可使焊接热过程对单晶组织影响最小化。采用不同焊接电流,对单晶铜/多晶铜进行闪光对焊,对焊接接头的热影响区宽度和显微组织进行了分析。结果表明：闪光对焊对多晶铜组织的影响极为显著,随着离焊缝距离的增加,依次呈现出粗晶区、细晶区、超细晶区、超细晶与母材混合区。单晶铜一端仅在近缝处的极小范围内发生了再结晶行为。     

小直径金属线材单晶化技术原理及工艺

在系统研究单晶连铸的基础上，提出小直径线材单晶化技术，该技术结合区域熔化技术和连续铸造技术，实现了“三个连续”，即送料连续、加热熔化连续、引锭连续．他能克服单晶连铸对所制备的单晶线材长度和直径的限制．理论和工艺实验结果表明，小直径线材单晶化技术满足制备单晶线材对固液界面的要求，可将直径较粗的多晶金属线材直接拉制成长度不受限制、直径较细的单晶金属线材，功率和连铸速度适当配合时，可在较大范围内获得表面光滑的单晶铜线材。     

单晶铜线材在制备过程中的晶粒演化

采用了热型连续铸造方法,选用相同的工艺参数制备出不同直径的铜线材,用光学显微镜分析了线材晶粒形成及生长过程.结果表明:在一定的牵引速度下,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;随着线材直径的增大,起始晶粒个数在增加;生长成单晶的时间也在增加,经X射线衍射和透射电镜分析能够确定,单晶铜线材晶体择优生长方向为<100>.     

铜导线中晶界对导电性影响的研究

通过设计不同的退火温度，得到了含不等晶界数的铜导线，以此研究了晶界对导电性的影响。测量结果表明：导线的电阻率随晶界数的增加而增加，这归结于晶界对传导电子的散射作用；晶界对电阻率的影响并不象空位、位错那样呈简单的线性关系，而是呈指数关系；晶界控制导线电阻率变化曲线的总趋势，而具体细节则由杂质的类型和数量来控制。     

塑性变形单晶铜线材织构的研究

将单晶连铸技术制备的直径Φ8 mm工业单晶铜线材,在C733-4/ZF型工业拉丝机上按同一方向冷拔至直径分别为Φ4 mm、Φ2 mm和Φ1 mm的铜线材,应用极图分析和织构定量计算的方法研究了变形量与织构的关系.结果表明:变形单晶铜线材中的形变织构主要为<100>丝织构,也有少量<110>丝织构;随着变形量的增加,<100>丝织构的体积百分数先减小后增加,而<110>丝织构先增加后减小.     

电子显微取向成像及其在单晶铜线材研究中的应用

本文从基本原理、设备构造、角度和空间分辩率、试样制备方法以及数据处理等方面,系统地介绍了一种新的材料研究方法——电子显微取向成像.同时,结合在研课题的一些研究进展,针对变形前后单晶铜线材的组织演化,探讨了电子显微取向成像技术在微观组织、织构和晶体转动以及位错界面分析等中的应用,以展现电子显微取向成像的功能和应用.     

Kinetics of Internal Oxidation of Cu-Al Alloy Plate

The kinetics of internal oxidation of dilute Cu-Al alloys, containing up to 2.214% molar fraction Al, was investigated over the temperature range of 1023K to 1273K, and the depth of internal oxidation was measured by microscopies. A modified rate equation was derived to describe the kinetics of internal oxidation of Cu- Al alloy plate. Based on the derived equation, the permeability of oxygen in solid copper was obtained from the internal oxidation measurements. The experimental results show that the depth of the internal oxidation is a parabolic function of time, there is no evidence for preferential diffusion along grain boundaries and an outer layer of pure copper was formed on the external surface of samples.     

不同初始取向铜单品制备技术的研究

为了获得制备确定初始取向铜单晶的最优工艺参数,采用不同的抽拉速度、坩埚材料以及单晶体生长通道参数值制备出铜单晶体试棒．并应用TEM,XRD衍射分析对其进行取向标定．结果表明：采用高纯石墨坩埚,单晶体生长通道直径为2mm,在（1450±5）℃下保温2h,运动距离在30mm以下时抽拉速度为2μm／s,运动距离超过30mm时抽拉速度为8μm／s,所制备出的铜单晶体表面光洁均匀,且试棒的初始取向的偏差与设计值在。以内．     

Kinetic equation for internal oxidation of Cu-Al alloy cylinders

The kinetics of internal oxidation of Cu-A1 alloy cylinders, containing up to 2.214mol% A1, were investigated in the temperature range of 1023 K to 1273 K, and the depth of internal oxidation was measured in the microscopy. A kinetic equation was derived to describe the internal oxidation of Cu-A1 alloy cylinders. For the internal oxidation of Cu-Al alloys employed in the synthesis of alumina dispersion strengthened copper, the kinetic equation can be simplified. The derived equation was checked experimentally by means of oxidation depth measurements and the results show that the derived equation is exact enough to describe the kinetics of internal oxidation of Cu-Al alloy cylinders. Based on this equation and the oxidation depth measurements, the permeability of oxygen in solid copper was obtained. Investigation also shows that there is no evidence for preferential diffusion along grain boundaries in the process of internal oxidation.     

铜包铝复合材料用于特高压携带型短路接地线的轻型化方案研究

针对现有携带型短路接地线(简称接地线)在特高压线路上挂接时存在质量重、不便于携带安装的问题,该文提出使用铜包铝复合材料用作特高压接地线导体的轻型化方案。对铜及铜包铝材料在短时间下的熔断电流进行理论计算及试验,并对典型1000 kV同塔双回线路接地线短路电热耦合暂态过程进行仿真分析。研究结果表明:当导线截面大于4 mm2、熔断时间小于1.5 s时,接地线导体材料熔断电流试验值与理论计算值基本一致。采用CCA-10铜包铝接地线相比铜接地线截面积增大71.1%,但质量减轻36.2%。对于1000 kV同塔双回线路单回停电检修的情况,可选择50 mm2的铜接地线或95 mm2的CCA-10铜包铝接地线,且铜包铝接地线安全裕度更大。     

T91钢高温空气氧化动力学的研究

为了研究T91钢高温空气氧化动力学,对其氧化层形貌进行了观察,利用X-Ray物相分析仪测试了氧化层的物相结构,利用热天平连续称重法对T91钢高温空气氧化速率进行研究.结果表明：T91钢高温空气氧化的动力学曲线符合对数规律,氧化速度低于1级完全抗氧化性的标准;氧化层由无晶界非晶体内层和细等轴晶与粗柱状晶的中层和外层组成,氧化层表层主要由Fe2O3构成.