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1、单位代码 0 2 学 号 1101180030 分 类 号 TH6 密 级 毕业论文拉拔加工工艺对高导铜合金线材组织的影响 院（系）名称 工学院机械系 专业名称材料成型及控制工程 学生 指导教师 2015年 05 月 10 日 拉拔加工工艺对高导铜合金线材组织的影响摘 要铜材自身具有优良的导电性能，可是它没有高强度，可以通过加入一定量的合金元素，来提高铜的强度。然而加入合金元素，又会降低铜材的电导率。因此，研究一种在尽可能少的降低铜导线电导率情况下尽量提高铜导线强度的铜合金，就显得尤为重要。本课题采用上引连铸法制备了Cu 及Cu-0.18% Ag高强高导合金线材，研究了拉拔加工工艺对Cu-Ag
2、 合金强度与显微组织的影响。随变形程度的增加，合金抗拉强度在明显升高后趋于饱和。通过拉拔处理，Cu 及Cu-0.18%Ag 合金组织细小均匀，极限抗拉强度和硬度均明显提高，导电率略有下降，综合性能得到提高。Cu-0.18% Ag合金比Cu 合金有更高的应变硬化速率和抗拉强度。本文还通过和相关文献的对比，讨论分析了铜银合金强化的手段和原理。关键词：铜银合金，高强高导，拉拔工艺，组织和性能 Effect of Processing Technology on High Conductivity Copper Alloy AbstractCopper has good electrical cond
3、uctivity,but not strong enough. To increase its strength, the need for alloy composition, and this will inevitably reduce the conductivity of copper. Therefore, it is particularly important to study of a reduction of as little as possible conductivity of copper wires as far as improving its strength
4、. The filamentary strengthened alloys Cu-0.18%Ag and Cu were prepared by upward continuse casting method. The effect of drawing process on the tensile strength and microstructure was investigated. With increasing of drawing strain, the tensile strength of both alloys show an evident increase when dr
5、awing strain is in a certain range, and a slow increase when drawing strain is higher than a certain value. The microstructure of the filamentary strengthened alloys Cu-0.18%Ag and Cu is fine and diffuse,both UTS and hardness increased while the conductivity of copper is reduced.The Cu-0.18%Ag alloy
6、 has higher strain hardening rate and tensile strength than the Cu alloy.The means and theory to get higher strength is also discussed while compare to some related references.Keywords: Cu-Ag alloy，High-strength and High-conductivity，Drawing，Structure and Properties目 录1 绪 论11.1 铜及铜合金的概述11.1.1 铜的性质及用
7、途11.1.2 铜合金的性质及用途11.2 铜银合金31.2.1 铜银合金发展历史及现状31.2.2 铜银合金组织结构.31.2.3 铜银合金的热处理效果41.3 铜合金线材的拉拔加工工艺51.3.1 线材拉拔的条件51.3.2 拉拔变形的应力应变状态.51.4 课题研究意义及容61.4.1 课题研究的意义61.4.2 课题研究的容62 实验容72.1 合金的制备72.2 实验过程72.2.1 实验目的72.2.2 金相试样的制备82.2.3 观察金相组织并测定力学及电学性能83 实验结果与讨论103.1 金相形貌分析103.1.1 拉拔组织形形貌分析103.1.2 拉拔铜银合金导线的夹杂物分
8、析113.1.3 拉拔铜合金组织的金相组织12 3.1.4 高导铜合金线材中银元素的均匀性及影响因素12 3.1.5 Cu-Ag合金热处理态金相组织13 3.1.6 镀银线结合界面金相分析143.2 Cu-Ag基合金的高强机理探讨153.3 Cu-Ag基合金的高导机理探讨15结论17致谢18参考文献19 .专业.专注. 1 绪 论1.1 铜及铜合金的概述1.1.1 铜的性质及用途 在工业生产进程中，铜始终扮演着不可或缺的角色。在很久以前的文明中，铜就出现在人们的生活中。在随后的使用过程中，其可以被用来做各种需求的器材；或者通过添加一些特定的元素，由此来合成相应的合金，改变其一开始所具有的性能；
9、铜的使用层次各不相同，可以在日常的生产实践中见到。铜的结构为面心立方，晶面常数a为0.36147nm。面心立方的晶体结构使得铜合金的力学性能优异，可以拉拔成为很细的铜丝，制成很薄的铜箔。铜可以与锌、锡、铅、锰、银等金属形成合金，进一步提高强度、硬度、耐磨性、抗腐蚀性能。铜在现代工业中应用较广，主要有如下几个方面1：（1）作为生产电线、电缆的导电材料；（2）作为生产化工用蒸发器等的导热材料；（3）作为生产轮船等的耐蚀材料；（4）作为合金元素加入来改善其他材料的使用性能；（5）用于获得铜合金；表1.1 纯铜的基本物理性能性质数值性质数值原子序数相对原子质量熔点沸点结构a2963.510832595
10、fcc0.36147nm密度电阻率抗拉强度伸长率（%）硬度（10/1000）热导率8.96g/m31.6310-8m150MPa2540HBS3.9314W/(cm*K)1.1.2 铜合金的性质及用途铜中加入一种或另外几种不一样的元素，由此所合成的合金，称为铜合金。跟随着时代的步伐，铜合金的使用越来越平常，甚至其有些性能已经达不到要求；这时，就需要对铜合金的强度，硬度以及耐蚀性有更高的标准。这类合金主要应用于以下几个方面：（1）电气工业中的应用 集成电路引线框架材料，铜合金市场价便宜，强度高、导电性和导热性好，有很好的加工性能； 在通讯行业，因为光纤电缆具有很多的长处，铜电缆慢慢地开始被替代，
11、从而就扩大了使用围。就目前的社会情形来看，每一种都将得到更多的使用。（2）电子工业中的应用 通过一定纯度的无氧铜或者是经过时效处理的无氧铜，可以制造出所要求的配件，然后将这些配件进行组合、安装，从而得到所规定的产品； 铜也可以用于印刷电路，就是将铜箔作为表面，放在塑料板上（塑料板作支撑用），然后采用照相的方法将电路的布线图印在铜板上；再通过浸润把剩余的部分浸蚀掉而得到相互连接的电路。（3）交通工业中的应用 在造船材料的选择方面，主要是材料要有一定的耐腐蚀性，这样就可以预防海水的腐蚀。所以有很多的铜合金在造船方面就得到了重用，因为它们都有很强的抵抗腐蚀的能力； 在汽车的零配件中也能找到铜合金的踪
12、影，对于不同形状和体积的汽车来说，其对铜的使用量也不尽相同。（4）轻工业中的应用 生活中常用的空调等制冷装置温度的调节，都是由铜管来控制的。同样相对小一点的热交换器，在一定程度上，可以降低空调等装置的体积和使用耗能； 黄铜在钟表等制造行业中也起着十分重要的作用。而且有结果表明，在钟表的一些工作部件中添加少量的铅，会使其形成的合金具有更加优良的加工性能，从而得到越来越广泛的应用。（5）建筑工业的应用铜水管具有外观好看、持久耐用、使用安全并且防火、安装方便、干净卫生等一系列优点，使其具有很高的性价比。与镀锌钢管和塑料管相比存在十分明显的优势。（6）高新技术领域的应用“高温超导材料”是一种临界温度更
13、高的材料，这类材料大部分是复合氧化物。临界温度为90K的含铅铜基氧化物（ YB2 Cu3 O7），可以在液氮温度下工作。1.2 铜银合金1.2.1 铜银合金发展历史及现状在导体材料中，铜具有相对较高的电导率，排名第二（排名第一的是银）。由于材料的强度与电导率是成反比关系的，所以纯铜在其较高的电导率情况下，其相应的强度就较低。在提高强度的同时，也要注意电导率的变化情况，不能一味的提高强度，而使材料的电导率降低到合适的围之外，这样的结果是不能够得到肯定的。所以，在选择处理的过程中要考虑到各个方面。在铜中添加Ag、Cd、Cr、Zr、Mg等合金元素，并通过加工热处理使之形成极细的双相纤维组织，对纯铜的
14、导电性能的降低最小，因此为了提高导线的强度、硬度，可在纯铜中加入微量（1%以下）的上述元素，起到固溶强化的作用，加Cr、Zr时，还能获得时效沉淀强化的效果。1.2.2 铜银合金组织结构通过对铜银合金（银含量在3-72%之间）的研究发现，合金中银的质量分数低于6%的合金由单一相构成，即铜的固溶体相，几乎不存在第二相。当合金中银的质量分数为6-15%时，合金组织中出现少量相，一般作为离异共晶组织形态存在于枝晶间。Cu与Ag虽在室温附近几乎互不固溶，但在Cu-Ag合金的共晶温度（1052K）下，共晶成分为28.1Cu-71.9Ag5，导体材料的电导率与固溶的溶质元素量有关，强度与析出相的形状和分布状态有关。为了得到细微的加工纤维组织，首先必须得到细而均匀的铸造组织。Cu-20Ag合金铸造组织如图1.1所示5。Cu-20Ag合金的铸造组织（图1.1a）是由初晶Cu固溶体（黑色）与网络状均匀分布在其周围的共晶相（灰色）组成，用高倍显微镜观察共晶相（图1.1b）可知，共晶相是由白色的Ag固溶体与从Ag固溶体中析出的细小的Cu固溶体（黑色）组成5。（a） Cu-20Ag合金 （b）Cu-20Ag合金高倍组织图1.1 Cu-Ag合金的铸造组织1.2.3
