拉拔变形对铍铜微细丝组织和性能的影响.pdf

第 期 年 月机电元件 收稿日期：工 艺 与 材 料拉拔变形对铍铜微细丝组织和性能的影响吕立锋（贵州航天电器股份有限公司，贵州贵阳，）摘要：通过多道次连续冷拉拔制备 、和 变形量的铍铜微细丝，研究拉拔变形对铍铜微细丝的微观组织、拉伸强度和导电率的影响规律。结果表明，随着拉拔变形量的增加，铍铜丝晶粒组织不断细化，晶粒沿拉拔方向被拉长，呈现片层状。晶粒细化和位错等缺陷的大量引入导致铍铜丝强度提升和导电率下降。固溶态铍铜丝经 拉拔变形后，晶粒尺寸从 细化至 以下，抗拉强度从 提升至 。关键词：铍铜微细丝；强烈塑性变形；拉拔；显微组织；抗拉强度 ：中图分类号：文献标识码：文章编号：（）引言铍铜具有高强度、耐腐蚀、良好的成型性和抗应力松弛性能，被誉为铜合金中的“弹性之王”，广泛应用于连接器和继电器 ，。近年来，连接器等电子元器件向微型化、高密度和高集成方向快速发展，开始大量采用几何尺寸在微米量级（直径或厚度 ）的铍铜丝，因此对材料的宏微观尺寸细化和性能要求越来越高。铍铜微细丝主要通过强烈塑性变形拉拔成型，利用中间固溶热处理方式进行软硬态的调整。等利用高压扭转工艺对固溶态 铍铜进行强变形处理，发现晶粒尺寸细化至 。等人研究了强变形冷轧对铍铜性能的影响，发现固溶态铍铜经 冷轧和时效处理后，其显微硬度从 提高至 左右 。目前国外报道的关于强变形制备微尺度铍铜的研究内主要集中在带材上，对于微细丝的报道较少。国内相关文献报道了铍铜丝拉拔的研究工作，但材料的直径一般在 以上 。针对直径在 以下的铍铜微细丝的微观组织、力学性能、导电性能演变过程仍然缺乏系统的研究。本文利用多道次连续冷拉拔技术制备铍铜微细丝，研究铍铜微细丝的微观组织、拉伸性能和导电率随变形量的演变过程。实验材料与方法实验用 铍铜丝（固溶态，）作为拉拔用母材，进行多道次连续冷拉拔，拉拔变形量分别为 、和 。实验选择铍铜丝的纵截面作为微观组织观察面，选择 腐蚀液进行腐蚀处理。金相组织在 显微镜下进行观察，能谱分析在 扫描电镜下进行。利用 高分辨扫描电镜对铍铜进行电子背散射衍射（）测试，最小步长设置为 。丝材的室温拉伸性能测试在 试验机上进行，拉伸速率为 ，标距为 。丝材的电阻率在 电阻计上进行测试，测试方法参照作者已发表文章 。结果与讨论 拉拔变形丝的宏观形貌拉拔用母材的宏观形貌如图 所示，可以看到丝材表面整体光滑，但局部区域存在明显的凹坑和凸起等缺陷。图 所示的是变形量为 的丝材，可以看到通过拉拔变形后，凸起和凹坑等缺陷明显减少，表明通过合理的拉拔工艺控制可以消除母材表面的缺陷。随着变形量增大到 以上，虽然在 倍光镜下观察到的丝材表面仍保持光亮，但在 倍下能观察到大小为 的麻点和划痕。随变形量增大，丝材硬度增加导致模具孔内磨损严重，大量破碎铍铜或氧化铍生成，这些因素均会导致丝材表面产生麻点和划痕等缺陷，因此仍需要对铍铜丝拉拔工艺进行深入研究，规避这些微缺陷的产生。图 不同状态铍铜丝的宏观形貌（）固溶态 ，（），（）和（）拉拔变形对组织的影响图 所示的是不同状态铍铜微丝的金相组织。从图中可以看到，固溶态母材（图 ）主要由等轴状 相组成，晶粒尺寸大小在 左右，平均晶粒尺寸为 。当拉拔变形量为 时，铍铜的晶粒（图 ）呈现明显的扁平状，沿拉拔方向被拉长，平均晶粒尺寸（一般指垂直拉拔方向的晶粒厚度）为 。变形态铍铜丝的晶粒中形成了大量的变形孪晶。随着变形量增大到 以上时，图 所示的铍铜组织产生明显的细化，呈片超细层状结构，从金相组织已经很难分辨晶粒尺寸大小。变形态铍铜丝（图 ）的晶粒组织得到进一步细化，呈超细纤维状。图 不同状态铍铜丝的金相组织（）固溶态 ，（），（）和（）金相组织的对比表明铍铜丝中的基体组织随着拉拔变形量增大而细化。为进一步分析大变形量下铍铜丝组织的演变，研究对 、和 变形态铍铜丝进行 分析，如图 所示。从图 可以更清晰地观察到，变形丝材的晶粒内存在大量相互交错分布的孪晶。此时，解析度较高，能够分辨晶粒尺寸大小。变形量提高至 以上时，丝材晶粒尺寸在 之间，平均尺寸在 左右。除了片层状的 相以外，铍铜中含有大量等轴状的超细结构组织，这是由于丝材经过强烈塑性变形生成大量的位错，这些位错在动态回复和再结晶过程中形成位错胞和再结晶晶粒。强烈塑性变形使得丝材中形成了大量的缺陷，这些缺陷在表征时很难被解析而形成图片中的黑色区域。变形样品的解析率更低，但仍然可以观察到片层状基体组织的尺寸细化至 以下。图（）、（）和（）变形态铍铜丝的 分析 拉拔变形对材料性能的影响图 所示的是不同变形量铍铜丝的应力应变曲线。固溶态（变形量为 ）丝材的应力应变曲线呈现明显的连续屈服，其屈服强度在 左右，延伸率达到 左右，表现出良好的塑性。变形量增加到 以上时，材料的延伸率降低至 左右，经过屈服后的加工硬化能力不足，屈服强度和抗拉强度接近，导致材料的屈强比上升。从 变形态铍铜丝的拉伸曲线可以看到虽然经过强烈塑性变形，但丝材仍保留一定的塑性，能观察明显的屈服现象。随着变形量增加到 ，抗拉 强 度 从 固 溶 态 的 提 升 值 。铍铜丝强度的提升主要与晶粒的细化相关。对于铍铜丝，晶粒尺寸对屈服强度的影响满足 关系式：（）式中，为晶格摩擦力，为晶界强化的 斜率，为 相的有效晶粒尺寸。铍铜丝的层状晶界为大角度界面，能显著地阻碍位错滑移，从而提高机 电 元 件 年材料的强度 。图 变形量对铍铜拉伸性能的影响图 变形量对铍铜丝导电性能的影响拉拔变形对铍铜丝导电率的影响如图 所示。固溶态铍铜丝的导电率为 。变形量为 时，铍铜丝的导电率下降至 ，这是由于塑性变形引入大量位错和孪晶等缺陷，导致基体晶格发生畸变，破坏晶格势场的周期性，增加电子散射的几率，从而降低丝材的导电率。但随着变形量的继续增加，铍铜丝的导电率不再发生明显的下降，变形后的导电率仍然维持在 ，表明变形量达到一定程度后，变形对丝材导电性能的影响达到饱和，这与纯铜导电率随变形量变化的现象一致 。结论（）随拉拔变形量增加，铍铜丝的晶粒尺寸不断减小。固溶态铍铜丝的晶粒呈等轴状，尺寸在 ，变形后铍铜丝的晶粒呈片层状，形成纳米晶组织，尺寸在 以下。（）强烈塑性拉拔变形能显著细化铍铜丝的晶粒组织，提高材料的强度，同时引入大量位错和孪晶等缺陷，导致基体晶格发生畸变，从而降低材料的导电率。（）拉 拔 变 形 铍 铜 丝 的 抗 拉 强 度 达 到 ，导电率为 。参考文献：刘俊伟等 分级时效对 铍青铜力学性能及微观组织的影响 特种铸造及有色合金，（）：唐延川等热轧终轧温度对形变时效状态 合金薄板性能的影响 有色金属科学与工程，（）：，：，（）：施永奎等高强度 铍青铜线材的制备及性能研究 ，兰州理工大学 吕立锋等材料性能对毛纽扣的回弹和接触电阻的影响 机电元件，（）：，：刘平，任凤章，贾淑果铜合金及其应用 。，化学工业出版社第 期吕立锋：拉拔变形对铍铜微细丝组织和性能的影响