不同冷变形和时效处理工艺对CuCrZr合金组织和性能的影响

张 健

（沈阳有色金属加工有限公司，辽宁 沈阳 110000）

CuCrZr合金为高强高导电铜合金，随着超大规模和极大规模集成电路引线框架时代的到来，人们对CuCrZr系合金的要求也越来越高[1]。尽管之前有学者对CuCrZr系合金的导电性能、力学性能进行过研究，但研究不同的冷变形和时效处理工艺的鲜有报道。基于此，本文主要探讨不同冷变形和时效对Cu0.6Cr0.25Zr合金组织和性能的影响。

1 实验材料与方法

试验采用50Kg真空感应炉熔炼制备CuCrZr合金，其成分组成为Cu0.6Cr0.25Zr，并使用铁模浇铸成铸锭，车床铣掉表面铸造缺陷，后在电阻炉中加热950℃×1h，在二辊热轧机上热轧开坯，经多道次热轧至8mm，并在电阻炉内进行970℃×1h固溶处理，经淬火后分别进行50%、75%和95%的冷变形，然后进行时效，工艺为420℃、450℃和480℃，保温均为4h。

试样金相显微组织采用尼康NIKON LV150金相显微镜进行观察，能谱扫描采用日本电子JSM-IT300型扫描电镜进行观察，TEM显微组织采用JEM-2800型号投射电镜进行观察[2]。

2 实验结果与分析

2.1 冷变形量对组织影响

图1为50%、75%、95%的冷变形状态下合金板材金相照片。由图可知，变形量为50%时，晶粒明显被拉长，随着变形量增加，晶粒被越拉长。在此过程合金未产生析出相，会产生大量的晶体缺陷和一定的变形储能，为后续的时效提供部分能量。通过比较，75%的冷变形已足以使得在后续的时效条件下可不断析出大量均匀弥散的纳米级粒子，在此状态下合金在时效后的强度可达到最大值。

2.2 时效工艺对组织影响

采用75%冷变形量的合金板材分别进行420℃、450℃和480℃下保温4h的时效，见图2所示。由图2结果可知，时效后合金组织中晶粒的形态并未发生明显变化，说明都没有发生再结晶，只是大量析出相的生成，三种时效温度下合金晶界上的析出相多为富锆相，而在晶内多为Cr的析出相，且在基体中Cr的分布也较为弥散。

通过投射电镜分析，见图3所示，可看出析出相在不同时效温度下的形态。420℃时析出相细小弥散，析出相为小颗粒；450℃时，出现棒条状的析出相和颗粒状共存；而480℃时，仅有颗粒状的析出相，棒状消失，且与420℃时的情况相比，颗粒尺寸明显长大。

图1 冷轧不同变形量的金相照片（a）50%、（b）75%、（c）95%

图2 冷轧后420℃、450℃和480℃时效的SEM照片

分析可知，时效前大部分的溶质仍在基体中，在420℃时效时，因温度不高，析出相形成能相对小，只出现细小弥散相，且会有少量粗大的颗粒开始分解，会观察到亚稳相生成。当450℃时效时，因外界给予能量增加，析出相的形成和大颗粒的分解的驱动力加大，因此出现棒状的析出物，对合金的综合性能较为有利。而在480℃时效时，因棒状析出相消失，仅有颗粒状的析出相。综合考虑，可认为450℃×4h的时效条件是最为有利的。

图3 冷轧后不同时效温度的TEM照片（a）420℃、（b）450℃、（c）480℃

2.3 冷变形、时效工艺与组织性能的关系

图4 不同时效温度与抗拉强度、延伸率和导电率关系

图4 是不同时效温度与合金板材抗拉强度、延伸率和导电率之间的关系。从图可知，时效后合金的抗拉强度随着时效温度的升高先升后降，延伸率随温度上升而逐渐增加。时效温度对合金导电率的影响较大，合金的导电率随着时效温度的升高逐渐增加。综合分析可知，在420℃时效时，合金的导电率不高。随着合金时效温度提高到450℃，合金中析出相增多，使合金的抗拉强度增加，延伸率和导电率也都升高。随着时效温度的进一步升高，析出相为尺寸相对较大的颗粒，减弱强化效果，强度降低，而颗粒的长大会使合金基体软化，因此合金的延伸率升高。综合可知，在970℃×1h固溶处理+75%的冷变形+450℃×4h的时效处理工艺是最佳。

3 结论

（1）经75%冷变形和450℃×4h时效后，可显著提升Cu0.6Cr0.25Zr的抗拉强度和导电率，其抗拉强度590MPa、导电率为80%IACS、延伸率为8.3%，综合性能最佳。

（2）Cu0.6Cr0.25Zr的合金经75%冷变形和450℃×4h时效，析出的细小棒状析出相是提升合金综合性能的主要因素。