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以冷轧真应变对铝合金性能的影响为主线,通过测试不同预处理和冷轧真应变下Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb(质量百分比,下同)合金导线的力学和电学性能,寻找最佳冷热处理方式,以期获得高强、高导耐热铝合金导线。 用高纯Al,Al-Sc和Al-Yb中间合金通过熔配法制备Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb合金。铸态合金分别经均匀化,均匀化+峰时效(简称峰时效)和均匀化+热挤+均匀化(简称热挤)三种预处理后,进行了不同程度冷轧,冷轧真应变分别为69、92、120、161和230%。通过预处理+冷轧+时效态合金的力学和电学性能测试,获得了预处理和冷轧量对合金性能的影响,并重点比较了三种预处理+冷轧+峰时效态合金的力学和电学性能。主要研究结论如下: Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb合金的峰时效条件为330℃×1h,预处理方式和时效前的冷轧对合金峰时效条件无明显影响。三种预处理+冷轧+峰时效合金,硬度和强度均随冷轧量增加而增加,且预处理方式对合金力学性能有明显影响:在相同冷轧量下,峰时效预处理最高,热挤次之,而均匀化最低。定量分析表明:合金力学性能(强度和硬度)与轧制真应变关系均遵从Hollomon公式,通过拟合得到了相应的强化系数K和强化指数n。发现对三种预处理+冷轧+峰时效合金而言,均匀化预处理n最大,热挤次之,峰时效预处理最低。而对均匀化+冷轧+时效合金而言,n随时效温度升高先增大后减小,在280℃达到最大,在400℃及以上时n是负值。 对最大冷轧真应变(230%)+峰时效态合金而言,峰时效预处理强度最高(屈服强度σ0.2、抗拉强度σb和伸长率δ分别为192.6±2.5MPa,215.6±3.1MPa和10.3%±1.4%),热挤稍低(σ0.2、σb和δ分别为191.8±4.8MPa,214.3±4.9MPa和11.9±1.5%),均匀化最低(σ0.2、σb和δ分别为174.6±2.6MPa,199.0±0.9MPa和11.4±2.6%)。产生这种变化的原因主要与冷轧合金在时效过程中形成的亚结构和次生Al3(Sc,Zr,Yb)沉淀相有关。冷轧引入大量位错,导致内应力增大。在冷轧后的峰时效时,一方面这些位错会发生恢复和再结晶,形成细小的亚结构;另一方面,位错和亚结构均是基体的畸变区,易成为次生Al3(Sc,Zr,Yb)共格沉淀的形核点,且较大的内应力也有助于析出更多的Al3(Sc,Zr,Yb)共格沉淀。因而峰时效合金力学性能均随冷轧量的增加而不断提高。在三种预处理方式中,峰时效预处理强度最高,热挤次之,而均匀化最低,即相同冷轧量所需的轧制力也依次降低。因而经最终峰时效后,峰时效预处理方式获得的强度最高,热挤次之,而均匀化最低。 三种预处理+冷轧+峰时效态Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb合金的导电性测试结果表明:在相同预处理方式下,合金20℃电导率均随冷轧量的增加而不断增加。这表明峰时效前的冷轧不仅能提高合金的力学性能,还能有效改善合金导电性。这是因为冷轧既能促进一些铸造微裂纹闭合,还能促进更多固溶原子析出形成次生Al3(Sc,Zr,Yb)共格沉淀相,从而降低合金中固溶原子数量。这两个因素都能导致合金导电性提高。此外,预处理方式对冷轧+峰时效态合金的电导率也有明显影响。整体而言,在相同冷轧量下,热挤预处理的导电性最高,峰时效次之,而均匀化最低。这与力学性能规律略有不同,这是因为热挤预处理多了一道微裂纹闭合工序。对最大冷轧真应变(230%)+峰时效态合金而言,热挤预处理的20℃相对电导率最高(62.45%IACS),峰时效处理次之(61.7%IACS),而均匀化预处理最低(61.5%IACS),但整体差别不大。 综上所述,在三种预处理方式下,冷轧+峰时效Al-0.2Sc-0.02Zr-0.02Yb合金的强度和导电性均随冷轧量的增加而增加。其中,热挤(或峰时效)+230%冷轧+峰时效态合金具有最佳的力学性能和导电性能,其抗拉强度可以达到214.3±4.9MPa(215.6±3.1MPa),屈服强为191.7±4.7MPa(192.6±2.5MPa),延伸率为11.9±1.5%(10.3%±1.4%),20℃相对电导率62.45±0.65%IACS(61.74±0.87%IACS)。