结  论 20

致  谢 21

参 考 文 献 22

1  引言

Cu-Cr-Zr合金是以Cu为基体，加入Cr、Zr和其他微量元素形成的合金。国际标准组织（ISO136）规定的化学成分（质量分数）为0.15%～0.35%的Cr，0.08%～0.25%的Zr，杂质<0.2%，其余为Cu[1]。Cu-Cr-Zr在经过适当的机械加工、热处理加工工艺之后，会产生各种优良的性能，比如高的强度硬度、良好的导电性导热性等等。因此，Cu合金适用范围非常广，涉及领域很多。制备热交换材料[2]、连铸机结晶器内衬、集成电路引线框架[3-4]、电车及电力机车架空导线[5]、电气化高速铁路用接触材料[6-7]和炼铁高炉的封口小套等等都需要应用加工过后Cu合金。

1.1  强化铜合金的方法

铜合金自身方面有许多优良的性能，比如本身就有很高的导电性，在电线方面，就有铜材取代现在用的铝材的趋势。但是，人们对于铜合金的研究不够彻底，加工方法不够完善，所以在铜合金的某些方面会有些矛盾的地方。一般来说，若用各种加工方法强化铜合金的硬度，那么它的导电性就会稍稍降低；或者加强铜合金的导电性，那么它的硬度就会下降。所以当前的热点问题是在不降低，或者尽量少的降低铜合金的导电性的情况下来增加铜合金的硬度。若存在这个能完美强化铜合金的方法，必将对工业做出重大的贡献。对铜等有色金属来说，主要的强化途径有加工硬化、固溶强化、细晶强化、第二相强化，其中第二相强化包括时效强化、弥散强化和纤维强化[8]。

1.1.1  加工硬化

加工硬化是人们最早采用也是最基本的一种改善材料强度的方法，因而在接触线用铜合金的研发加工中得到了长期应用。其原理是塑性变形累积位错，从而导致位错进一步运动时需要更大的外力。在Cu合金的冷变形过程中，会产生大量的晶体缺陷(如大量缠结的位错，亚晶界，孪晶界)，但是对电子的散射影响比较小。但是采用这种方法来加强Cu合金的硬度有一定的局限性。比如说用轧制等方法处理Cu合金来达到增强硬度的效果，那么Cu合金的延展性会受到比较大的影响。一般来说，工业上使用加工硬化和其他方法共同处理金属材料。比如说通过时效强化，热处理等方法和冷加工一起处理铜合金，会获得更高的硬度、韧性，损失的导电性也不会太多[9]。

1.1.2  固溶强化

固溶强化指溶质原子溶入所造成的屈服应力增加的现象[10]。均匀固溶强化机制可用Fleischer模型说明，设滑移面上位错线两侧随机分布许多溶质原子，在没有外力时，位错线处于平衡位置。施加外力以后，位错线运动受到溶质原子阻碍而弯曲，外力增大，位错线弯曲越大，阻力越大。阻力的最大值τmax与溶质原子的平均间距有关，间距越小τmax越大，而间距越小相当于溶质原子浓度越大。

Τmax产生的原因有2个：

（1）原子直径差异。分析表明，原子直径错配度越大，τmax越大。由于原子直径的差异，固溶体中存在应力场，他与位错应力场相互作用导致溶质原子重新分布，最终使位错能量低于纯溶剂的状态。此时要想使位错运动，必须施加跟大的外应力，即屈服强度上升。

（2）弹性模量变化。单位浓度引起的弹性模量相对变化越大，τmax越大。由于溶质原子在位错作用下重新分布，使得局部原子的浓度不同于合金浓度，这就会造成局部弹性模量的变化，其结果也是使位错处于更低的能量状态，从而增大了屈服应力。

我们平常所说的渗氮、渗碳的方法就是用固溶强化这种方法来强化金属的硬度。

1.1.3  细晶强化

细晶强化，就是通过某些加工工艺来使材料的晶粒尺寸变小，从而使材料的强度增加。实验表明，在常温下的细晶粒金属比粗晶粒金属有更高的强度、硬度、塑性和韧性。这是因为粗晶粒内的累积位错较多，在邻近晶粒内造成很大的应力集中。而且晶粒尺寸的大小，对材料的导电性影响作用不大[11]。常用的细化晶粒方法有很多，比如在金属熔炼时加大冷却速率、添加某些微量元素等方法。