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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)等機械制造工業(yè)的焊接、導(dǎo)電嘴、開關(guān)觸頭、模具塊、焊機輔助裝置用各種物料。

 

固溶強化 

 

固溶強化是固溶體的溶質(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運動的阻力，導(dǎo)致滑移難以進行，從而使固溶體的強度和硬度增加。一般來說，溶質(zhì)原子和基體原子的半徑差越大，固溶體點陣的畸變程度越大，畸變能越高，則其產(chǎn)生的強化效果越好。

 

另一方面，由于溶質(zhì)原子對自由電子運動有較強的散射作用，會使合金的導(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)晶溫度以下進行塑性變形時，其硬度和強度升高，而塑性和韌性降低的現(xiàn)象，又稱為冷作硬化。這種現(xiàn)象主要是因為金屬在塑性變形過程中晶粒發(fā)生滑移，位錯之間相互作用導(dǎo)致位錯等缺陷密度升高，強度隨之而升高。

 

相對于其它雜質(zhì)，在塑性變形過程中引入的缺陷（如位錯等），對電子運動的散射作用較小，故其對導(dǎo)電性能的影響并不大。然而合金經(jīng)過塑性變形處理后，在強度和硬度得到提高的同時，會極大地損害合金的延展性，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化手段來使用。

 

細晶強化  

 

細晶強化，即通過減小晶粒尺寸的方法使金屬材料的力學(xué)性能提高的一種強化方式。多晶體的屈服強度與晶粒尺寸之間存在 Hall-Petch[1]關(guān)系：

 

 

式中：為屈服強度，與為常數(shù)（只與材料的狀態(tài)有關(guān)），為平均晶粒直徑。從公式（1.1）可知，在多晶體中隨著晶粒尺寸的減小，其屈服強度會逐漸提高。其微觀機制是，在多晶體受力變形過程中，位錯會被晶界阻擋而塞積在晶界附近，從而導(dǎo)致晶內(nèi)的位錯滑移更加困難，合金強度得到提高。

 

目前，細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。相比于其他強化方式，細晶強化在強度提高的同時，材料塑性也可以保持在較高水平，且增多的晶界不會對導(dǎo)電率有較大的影響，因而細晶強化是目前獲得高強高導(dǎo)Cu-Cr-Zr 合金極為有效的方法。

 

沉淀強化  

 

第二相強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很小，故而第二相對電子運動的散射作用影響較小，對導(dǎo)電率的影響不大。

 

因此第二相強化成為制備高強高導(dǎo) Cu-Cr-Zr 合金主要的一種方法。通常，第二相強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。

 

時效強化  

 

時效是指合金元素經(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從過飽和固溶體中沉淀出來的過程，這一過程稱為時效。

 

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，位錯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：

 

 

中為常數(shù)，為共格晶界處的位錯配應(yīng)變，為剪切模量，為粒子半徑，為粒子所占體積分數(shù)，為基體位錯的伯氏矢量。

 

圖1 位錯切過第二相粒子的機制

 

在時效析出中后期，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，位錯與粒子交互方式也轉(zhuǎn)變?yōu)?Orowan 機制（即位錯繞過的方式），如圖2所示，其臨界剪應(yīng)力增量[4]可表示為：

 

 

其中為位錯線的線張力，為析出相粒子半徑，為基體位錯的伯氏矢量，為粒子所占體積分數(shù)。

 

圖2 位錯繞過第二相粒子的機制

 

彌散強化  

 

彌散強化是指不溶于基體金屬的細小彌散的第二相顆粒均勻地分布在基體上以實現(xiàn)力學(xué)性能提高的一種強化方式。硬質(zhì)相顆?？梢杂行У淖璧K位錯的移動，使力學(xué)性能得到提高。彌散強化在顯著提高合金強度和硬度的同時，并不會導(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，獲得的強化效果越好。前面所指出的粉末冶金技術(shù)就是彌散強化的典型例子。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

 

總結(jié)以上的強化方式，我們可以看出，僅僅依靠單一強化手段獲得的強韌化效果遠遠達不到現(xiàn)代工業(yè)的要求，因而常常需將幾種強化方法結(jié)合起來使用。例如，在實際生產(chǎn)中采用冷變形+時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，較為通用的合金強化的途徑是在固溶強化的基礎(chǔ)上通過塑性變形等方法使晶粒得到細化，然后再運用時效強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：

[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.

[3] HouJ P , Wang Q , Zhang Z J , et al. Nano-scale precipitates: The key to highstrength and high conductivity in Al alloy wire[J]. Materials & Design,2017, 132:148-157.

[4] Liu P , Kang B X , Cao X G , et al.Interaction of precipitation and recrystallization in rapidly solidifiedCu-Cr-Zr-Mg alloy[J]. Acta Metallurgica Sinica (English Letters), 1999,12(3):273-275.

 

[5] Gottstein G . Physical Foundations ofMaterials Science[J]. Materials Today, 2004, 7(7):197-302.