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嘉峪檢測網(wǎng) 2020-03-09 16:30
導(dǎo)讀：鉻鋯銅有良好的導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性，硬度高，耐磨抗爆，抗裂性以及軟化溫度高，適合作為熔接焊機(jī)的電極有關(guān)管件。此產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于汽車、摩托車、制桶(罐)等機(jī)械制造工業(yè)的焊接、導(dǎo)電嘴、開關(guān)觸頭、模具塊、焊機(jī)輔助裝置用各種物料。
固溶強(qiáng)化是固溶體的溶質(zhì)原子因與溶劑原子的尺寸有差異而產(chǎn)生晶格畸變，晶格畸變增大了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力，導(dǎo)致滑移難以進(jìn)行，從而使固溶體的強(qiáng)度和硬度增加。一般來說，溶質(zhì)原子和基體原子的半徑差越大，固溶體點(diǎn)陣的畸變程度越大，畸變能越高，則其產(chǎn)生的強(qiáng)化效果越好。
另一方面，由于溶質(zhì)原子對(duì)自由電子運(yùn)動(dòng)有較強(qiáng)的散射作用，會(huì)使合金的導(dǎo)電性能下降。因此，為使銅合金的導(dǎo)電性能保持在較高水平，大部分固溶元素的添加量都很少。Cu-Cr-Zr 合金中的 Cr和 Zr 元素添加量一般不超過1%，故對(duì)其力學(xué)性能的提升效果有限。通常情況下，為獲得良好綜合性能的 Cu-Cr-Zr 合金，固溶強(qiáng)化僅僅作為一種輔助手段。
加工硬化
加工硬化是指金屬材料在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行塑性變形時(shí)，其硬度和強(qiáng)度升高，而塑性和韌性降低的現(xiàn)象，又稱為冷作硬化。這種現(xiàn)象主要是因?yàn)榻饘僭谒苄宰冃芜^程中晶粒發(fā)生滑移，位錯(cuò)之間相互作用導(dǎo)致位錯(cuò)等缺陷密度升高，強(qiáng)度隨之而升高。
相對(duì)于其它雜質(zhì)，在塑性變形過程中引入的缺陷（如位錯(cuò)等），對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的散射作用較小，故其對(duì)導(dǎo)電性能的影響并不大。然而合金經(jīng)過塑性變形處理后，在強(qiáng)度和硬度得到提高的同時(shí)，會(huì)極大地?fù)p害合金的延展性，即塑性和韌性等性能。因此，在研究當(dāng)中，冷作硬化很少作為單一的強(qiáng)化手段來使用。
細(xì)晶強(qiáng)化
細(xì)晶強(qiáng)化，即通過減小晶粒尺寸的方法使金屬材料的力學(xué)性能提高的一種強(qiáng)化方式。多晶體的屈服強(qiáng)度與晶粒尺寸之間存在 Hall-Petch[1]關(guān)系：
從公式（1.1）可知，在多晶體中隨著晶粒尺寸的減小，其屈服強(qiáng)度會(huì)逐漸提高。其微觀機(jī)制是，在多晶體受力變形過程中，位錯(cuò)會(huì)被晶界阻擋而塞積在晶界附近，從而導(dǎo)致晶內(nèi)的位錯(cuò)滑移更加困難，合金強(qiáng)度得到提高。
目前，細(xì)化晶粒的方法主要有快速凝固法、加入微量元素、內(nèi)氧化法、劇烈塑性變形（SPD）等方法。相比于其他強(qiáng)化方式，細(xì)晶強(qiáng)化在強(qiáng)度提高的同時(shí)，材料塑性也可以保持在較高水平，且增多的晶界不會(huì)對(duì)導(dǎo)電率有較大的影響，因而細(xì)晶強(qiáng)化是目前獲得高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Cr-Zr 合金極為有效的方法。
沉淀強(qiáng)化
第二相強(qiáng)化指加入不溶于基體金屬的第二相，使得合金的力學(xué)性能提高的一種強(qiáng)化方式。研究[2]表明，與溶解在銅合金基體相中的溶質(zhì)原子相比，第二相所引起的晶格畸變相對(duì)很小，故而第二相對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的散射作用影響較小，對(duì)導(dǎo)電率的影響不大。
因此第二相強(qiáng)化成為制備高強(qiáng)高導(dǎo) Cu-Cr-Zr 合金主要的一種方法。通常，第二相強(qiáng)化效果與第二相的形狀、結(jié)構(gòu)、數(shù)目和分布情況有著密不可分的聯(lián)系。
時(shí)效強(qiáng)化
時(shí)效是指合金元素經(jīng)過固溶處理后得到過飽和固溶體，在室溫或中低溫保溫時(shí)從過飽和固溶體中沉淀出來的過程，這一過程稱為時(shí)效。
在這一過程中，合金的力學(xué)、物理等性能發(fā)生變化。在時(shí)效初期，析出物的粒子尺寸一般較小，析出粒子與基體一般為共格關(guān)系。此時(shí)，位錯(cuò)與粒子的交互作用為切割方式（如圖1所示）。析出粒子引起的臨界剪應(yīng)力增量[3]可表示為：
圖1 位錯(cuò)切過第二相粒子的機(jī)制
在時(shí)效析出中后期，析出物開始粗化，基體與析出粒子之間的關(guān)系由原來共格關(guān)系轉(zhuǎn)化為半共格或非共格關(guān)系，位錯(cuò)與粒子交互方式也轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>Orowan 機(jī)制（即位錯(cuò)繞過的方式），如圖2所示，其臨界剪應(yīng)力增量[4]可表示為：
圖2 位錯(cuò)繞過第二相粒子的機(jī)制
彌散強(qiáng)化
彌散強(qiáng)化是指不溶于基體金屬的細(xì)小彌散的第二相顆粒均勻地分布在基體上以實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能提高的一種強(qiáng)化方式。硬質(zhì)相顆?？梢杂行У淖璧K位錯(cuò)的移動(dòng)，使力學(xué)性能得到提高。彌散強(qiáng)化在顯著提高合金強(qiáng)度和硬度的同時(shí)，并不會(huì)導(dǎo)致合金的塑性韌性大幅下降。一般來說，第二相顆粒尺寸越小，分布越均勻，獲得的強(qiáng)化效果越好。前面所指出的粉末冶金技術(shù)就是彌散強(qiáng)化的典型例子。近幾年來，許多研究采用反向膠束法、內(nèi)氧化法、共同沉淀法、電沉淀法等化學(xué)工藝，也獲得較為分散的第二相顆粒[5]。
圖3 一種Cu-Cr-Zr 合金組織（圖片版權(quán)：Iaroslava Shakhova）
總結(jié)以上的強(qiáng)化方式，我們可以看出，僅僅依靠單一強(qiáng)化手段獲得的強(qiáng)韌化效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到現(xiàn)代工業(yè)的要求，因而常常需將幾種強(qiáng)化方法結(jié)合起來使用。例如，在實(shí)際生產(chǎn)中采用冷變形+時(shí)效的工藝處理方法來獲得具有良好綜合性能的Cu-Cr-Zr 合金。目前，較為通用的合金強(qiáng)化的途徑是在固溶強(qiáng)化的基礎(chǔ)上通過塑性變形等方法使晶粒得到細(xì)化，然后再運(yùn)用時(shí)效強(qiáng)化等手段來獲得可觀的力學(xué)性能，并使導(dǎo)電率保持在較高水平。
參考文獻(xiàn)：
[1] Sylwestrowicz W , Hall E O . TheDeformation and Ageing of Mild Steel[J]. Proceedings of the Physical Society,2002, 64(6):495.
[2] PetchN J . The Cleavage Strength of Polycrystals[J]. J. Iron Steel Inst. 1953,174(1):25-28.
[5] Gottstein G . Physical Foundations ofMaterials Science[J]. Materials Today, 2004, 7(7):197-302.
來源：金屬材料科學(xué)與技術(shù)
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