高强度合金无氧铜微细丝成形工艺研究

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随着国内外信息技术和武器装备技术的迅猛发展,对飞机、火箭发动机运行状态的适时检测和调控已成为衡量装备技术水平的重要标志。通过对发动机核心零部件工作条件下的应力分布和发热状态监控可提升装备的运行可靠性,而信息获取或转换则依赖应变电阻、热敏电阻和铜合金导线所构成的传感器组件。由于发动机工作环境的特殊性,设计者对传感器引线提出了高强、高导、耐热、抗氧化、稳定的热电系数和尺寸精细化要求。目前,国内航空、航天等行业所使用的CuAg3Zr0.5铜合金细丝(≤30μm)均依赖进口,国产化细丝虽然强度等指标满足设计条件,但丝材的表面质量和导电率稳定性差,不适合在高端技术产品中使用。深入研究国产CuAg3Zr0.5合金细丝产品质量后发现,丝材表面存在少量的深度≤2μm的环纹或毛刺、丝材内部出现沿轴向的不连续线状缺陷,这些缺陷多来自合金铸坯的“遗传效应”。本文针对CuAg3Zr0.5合金研究三种不同的熔铸制坯工艺和配套的塑性加工工艺,来探寻该合金微细丝的最佳成型方法及工艺参数。本文首先对CuAg3Zr0.5合金进行定向凝固、真空感应炉熔铸和电渣重熔工艺设计与优化,得到三种铸锭样品。经组织分析得出:定向凝固铸锭是单晶组织,而真空感应炉熔炼铸锭和电渣重熔铸锭为多晶组织。经性能分析得出:定向凝固铸锭横截面硬度为74.79 HV,纵剖面硬度为81.4 HV,导电率为59.39%IACS;真空中频感应炉熔炼铸锭的横截面硬度为83.49 HV,纵剖面硬度为80.41 HV,导电率为64.21%IACS;电渣重熔铸锭的横截面硬度为98.35 HV,纵剖面硬度为94.33 HV,导电率为63.72%IACS。从铸造组织性能与进一步塑性加工角度综合考量,定向凝固工艺和电渣重熔工艺所得铸锭优于真空中频感应炉熔炼工艺所得铸锭。为了将定向凝固和电渣重熔合金制备成微细丝,设计优化了单模拉拔,水箱多模拉拔和无尘多模拉拔工艺。研究表明:随着变形量的增加,两种铸坯工艺条件下CuAg3Zr0.5合金的硬度都增加,定向凝固合金导电率不敏感,而电渣重熔合金的导电率下降的明显。在抗拉强度方面,两种合金强度都不断增高,但电渣重熔合金强度的增速比定向凝固合金快。对成品微细丝研究发现,定向凝固合金微细丝的抗拉强度为1131 MPa,导电率为61.21%IACS;电渣重熔合金微细丝的抗拉强度为1098 MPa,导电率为57.68%IACS。因此,经定向凝固,单模拉拔,水箱多模拉拔和无尘多模拉拔所得合金微细丝具有优良的综合性能。
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