高强度高塑性超细孪晶铜合金的规模化制备及其组织热稳定性研究

铜合金的高强度和高塑性往往相互对立，本项目首次提出利用变形孪晶与退火孪晶的协调作用来平衡强度与塑性之间的矛盾，使其既有高强度的保证，又有塑性的提升。并充分利用第二相粒子的钉扎作用，通过室温或液氮冷却下轧制以及退火制备热稳定性能优异，且兼具高强度和高塑性的超细孪晶铜合金。采用TEM和EBSD技术表征和分析合金元素和变形工艺对超细孪晶组织的形成机制和再结晶行为的影响，重点揭示薄片状变形和退火孪晶的比例、几何尺度与力学性能之间的关系，继而借助于EBSD原位观测技术准确地捕捉薄片状退火孪晶的形核与生长过程，由此建立薄片状孪晶的演化模型，阐明其协调细化组织、同步提高强度和塑性的机理。本研究可有效解决目前超细晶铜合金存在的塑性和热稳定性差的问题，不仅能丰富和发展铜合金的变形和再结晶理论，还为今后高强度高塑性超细晶粒铜合金的规模化制备及其组织强韧化设计提供新思路和理论依据。

针对铜合金十分突出的高强度和高塑性相互对立以及热稳定性差亟待解决的关键科学问题，本项目系统研究了Cu–Zn、Cu–Zn–Si、Cu–Zn–Fe、Cu–Sn–Zn、Cu–Sn–Zn–Fe、Cu–Be和Cu–Zr–B合金在不同制备工艺方案下组织演变规律、及其对力学性能和热稳定性的作用机理，研究设计的“退火+冷轧+退火”可以成为规模化制备兼具高强度和高塑性的超细孪晶铜合金的有效手段；首次提出利用变形孪晶与退火孪晶的协调作用来平衡强度与塑性之间的矛盾，并充分利用Fe2P、α–Fe、Cu5Zr第二相粒子的钉扎作用提高热稳定性，系统探讨了铜合金变形和退火过程中超细晶、孪晶、第二项粒子等形成机理、演变规律，及其与力学性能和热稳定性的关系，得出了变形温度、层错能和累积变形量对铜合金变形和退火时微观组织和力学性能的影响规律，详细探讨了孪晶与第二相粒子以及变形孪晶和退火孪晶的协调作用细化组织、提高强度增加塑性的机理。本研究还模拟了工业中利用废杂铜为回炉料过程，在Cu–Zn中加入Fe元素，与提纯后合金中仍残留的有害杂质P形成第二相，在提高热稳定性的同时还消除了P对Cu–Zn合金强度和塑性的不利影响，解决了目前超细晶铜合金存在的塑性和热稳定性差的问题，研究成果丰富和发展铜合金的变形和再结晶理论，为今后探索和开拓低成本、高效率制备高强度高塑性兼备的超细晶粒铜合金提供新思路和理论依据。