挤压态CuCr25合金热变形行为及其加工图

陈刚 段为樑 吴旭升

摘要：在Gleeble3500D热模拟试验机上，对挤压态CuCr25合金在应变速率为0.01～10 s-1，变形温度为750～900 ℃的条件下进行恒温压缩模拟实验.结果表明：挤压态 CuCr25合金在热变形过程中流变应力随变形温度升高和应变速率降低而减小；可用双曲正弦模型来描述合金的流变行为，其平均激活能为383.4 kJ/mol；基于动态材料模型获得了挤压态 CuCr25合金的热加工图，并结合金相显微组织分析得到了该合金在实验参数范围内较优的热加工工艺参数范围：加工温度830～900 ℃，应变速率为0.01～0.1 s-1.

关键词：挤压态 CuCr25合金；热压缩变形；变形激活能；加工图

中图分类号：TG301 文献标识码：A

CuCr合金具有强度和硬度高、导热性和导电性好以及抗腐蚀性强等优点而广泛应用于制备电阻电极、触头材料、集成电路引框架、电车及电力火车架空导线、电动工具的转向器、大型高速涡轮发电机转子导线、电工开关以及电动机集电环等要求高导电率高强度的产品，尤其是在大功率高中压真空开关中CuCr合金显示出其广阔的应用前景[1-3].目前，关于铜铬材料的研究，主要集中在制备工艺方面，而关于铜铬合金材料高温热变形的研究，鲜有报道.

热加工是合金材料制备的关键工序，在热变形加工中，材料由于热力作用其组织性能发生复杂的冶金学变化，宏观上的热流变应力是表征合金在热变形过程中材料塑性变形性能的一个最基本量，研究热变形过程中的热流变应力对金属塑性变形理论的研究以及制定合理的热加工工艺具有重要的作用.热加工图是基于动态材料模型（DMM）的能量图和失稳图的叠加，在合金热加工过程的优化以及新材料加工参数的设置中得到广泛应用[4-7].目前，对铜合金的热变形行为和加工图已有较多的研究报道，张辉等[8]对KFC铜合金热压缩变形流变应力进行了分析；张良等[9]对Cu8.0Ni1.8Si0.15Mg合金热变形行为进行了研究；刘勇等[10]对钨含量不同的WCu复合材料高温变形行为进行了研究；肖艳红[11]等对H62黄铜流变行为建立了本构模型；Gronostajsk[12]根据铝青铜的热压缩应力应变曲线作出热加工图并对其热变形行为进行了分析.本文在Gleeble3500D热模拟实验机上，对挤压态CuCr25合金在不同温度、不同变形速度下进行圆柱体高温单道次轴对称压缩试验，得到该合金的真应力真应变曲线，通过对合金热压缩变形流变应力、应变速率以及变形温度之间的关系的研究，计算出该合金的热变形激活能，建立挤压态CuCr25合金高温流变应力本构方程及热加工图，为该合金后续轧制热加工工艺的制定和优化提供实验数据和理论依据.

1实验

实验用原材料为直径为43 mm的CuCr25合金热挤压棒材，将原始棒材加工成尺寸为Φ10 mm×15 mm的压缩试样，热压缩试验在Gleeble3500热模拟机上进行.压缩过程中，在圆柱体试样两端的槽内填充75%石墨+20%机油+5%硝酸三甲苯脂，以减小变形过程中摩擦力对流变应力的影响.变形温度范围为750～900 ℃，应变速率为0.01～10 s-1，总压缩真应变为0.6，热模拟实验的升温速度为10 ℃/s，保温时间为5 min.压缩完成后立即水冷到室温，以保留变形后的组织.采用线切割方法将变形试样沿轴向中心剖开，利用NEOPHOT32 金相显微镜观察热压缩后的显微组织.

3结论

1）挤压态CuCr25合金在变形温度为750～900 ℃，应变速率为0.01～10 s-1时，发生明显的动态再结晶；在相同的变形温度下，流变应力随着变形速率的增加而升高，在相同的应变速率下，真应力水平随温度的升高明显下降.

2）挤压态CuCr25合金流变应力行为满足双曲正弦模型，合金的平均激活能Q为383.4 kJ/mol，流变应力方程为

=1.546 59×1017[sinh （0.010 37σ）]7.353 22×

exp （-383 4008.314T）

3） 挤压态CuCr25合金在变形温度为830～900 ℃，应变速率大于1 s-1时材料会发生流变失稳，在指定热加工参数时应避免；该合金的最佳热变形工艺参数：变形温度为830～900 ℃，应变速率0.01～0.1 s-1.

参考文献

[1]冼爱平， 朱耀宵.CuCr触头合金制备技术的发展[J]. 金属学报， 2003， 9（3）： 225-233.

XIAN Aiping， ZHU Yaoxiao. The development of manufacture processing for CuCr contact alloy[J]. Acta Metallurgica Sinca， 2003，9（3）：225-233.（In Chinese）

[2]WANG Xinjian，DONG Xianping，WU Jiansheng. Effects of Cr dopant on the microstructure and electromigration performance of Cu interconnects [J].Applied Surface Science，2009，225（30）：9273-9278.

[3]李晓燕， 王顺兴， 田保红. CuCr触头材料的制备方法及进展[J]. 有色金属加工， 2007， 36（4）： 10-15.

LI Xiaoyan， WANG Shunxing， TIAN Baohong. Present status and development of CuCr contact materials[J].Nonferrous Metals Processing，2007，36（4）： 10-15. （In Chinese）