1、河南科技大学毕业设计（论文）ICUCRZR合金动态再结晶行为的研究摘要随着集成电路芯片的高度集成化，IC向短、小、轻、薄的方向发展，电子封装也随着向高密度封装发展，引线间距减小，厚度减薄，功率增加要求引线框架材料具有更高的强度、导电性和导热性。CUCRZR合金具有高的强度和良好的导电、导热性能及抗氧化性，可作为电阻焊电极和结晶器等材料在电工、电力及航空等行业得到广泛的应用。本文对CUCRZR合金的动态再结晶行为进行了研究。利用GLEEBLE1500热模拟实验机对CUCRZR合金进行高温热压缩变形，研究在变形温度为550750、应变速率为0015S1工作条件下该合金的流变应力行为，探讨变形温度、
2、应变速率与流变应力的相互关系，建立合金热变形流变应力本构方程并算出热变形激活能。实验结果表明流变应力随变形温度的升高而减小，随应变速率的增加而增加；CUCRZR合金的热变形激活能为84518KJ/MOL，并构建本构方程；通过显微组织分析，进而研究合金动态再结晶行为。关键词CUCRZR合金，热压缩变形，变形温度，流变应力，本构方程，动态再结晶河南科技大学毕业设计（论文）IITHESTUDYONDYNAMICRECRYSTALLIZATIONBEHAVIOROFCUCRZRALLOYABSTRACTWITHTHEHIGHINTEGRATIONOFICCHIP,ICTURNTOBESHORTER,S
3、MALLER,LIGHTER,THINNERANDTHEDENSITYOFELECTRONICPACKAGINGGETSHIGHER,WHILETHESTRENGTH,ELECTRICALCONDUCTIVITYANDTHERMALCONDUCTIVITYOFLEADFRAMEMATERIALINCREASEWITHTHEDECREASINGOFLEADSPACINGANDTHICKNESSCUCRZRALLOYHASBEENWIDELYUSEDASARESISTANCEWELDINGELECTRODEANDTHEMOLDMATERIALINTHEELECTRICAL,ELECTRICITYA
4、NDAVIATIONINDUSTRIESBECAUSEOFHIGHSTRENGTH,GOODELECTRICALCONDUCTIVITY,THERMALCONDUCTIVITYANDOXIDATIONRESISTANCEDYNAMICRECRYSTALLIZATIONBEHAVIOROFCUCRZRALLOYWASSTUDIEDTHEFLOWSTRESSBEHAVIOROFCUCRZRALLOYWASSTUDIEDBYTHERMALSIMULATIONTESTATTHEDEFORMATIONTEMPERATUREOF550750ANDTHESTRAINRATEOF0015S1ONTHEGLEE
5、BLE1500THERMALMECHANICALSIMULATORTHERELATIONSHIPAMONGDEFORMATIONTEMPERATURE,STRAINRATEANDFLOWSTRESSWASINVESTIGATED,WHILETHECONSTITUTIVEEQUATIONWASESTABLISHEDANDTHEACTIVATIONENERGYWASCALCULATEDTHERESULTSSHOWEDTHATTHEFLOWSTRESSDECREASEDWITHTHEINCREASINGOFDEFORMATIONTEMPERATUREANDINCREASEWITHTHEGROWTHO
6、FSTRAINRATETHECONSTITUTIVEEQUATIONWASESTABLISHEDWITHTHEACTIVATIONENERGY84518KJ/MOLDYNAMICRECRYSTALLIZATIONBEHAVIORWASSTUDIEDBYTHEANALYSISOFMICROSTRUCTUREKERWORDSCUCRZRALLOYS,HOTDEFORMATION,DEFORMATIONTEMPERATURE,FLOWSTRESS,CONSTITUTIVEEQUATION,DYNAMICRECRYSTALLIZATION河南科技大学毕业设计（论文）III目录第一章绪论111铜合金开发
7、必要性112引线框架用铜合金的发展2121国外引线框架的发展现状2122国内引线框架的发展现状313本文的研究内容与意义3131设计的依据与意义3132本文的研究内容和研究目的4第二章试验材料和试验方法521试验合金材料522试验的总体方案5221热模拟试验5222组织观察523试验用设备及材料624试验方案流程6241试样制备6242热模拟试验6243再结晶金相显微组织观察7第三章试验结果与分析931高温热变形行为研究分析9311真应力真应变曲线分析9312温度对再结晶组织的影响13313变形速率对合金再结晶组织的影响1332流变应力方程的建立15结论19参考文献20河南科技大学毕业设计（论
8、文）IV致谢22河南科技大学毕业设计（论文）1第一章绪论11铜合金开发必要性集成电路自上世纪六十年代问世以来，便得到了快速发展。此后，铁镍合金曾一度占据着引线框架材料的市场。随着集成电路芯片的高度集成化，IC向短、小、轻、薄的方向发展，电子封装也随着向高密度封装发展，引线间距减小，厚度减薄，功率增加要求引线框架材料具有更高的强度、导电性和导热性，而铁镍合金已不能满足集成电路使用性能的要求。因此，世界各国的研究者开始把目光转向综合性能良好的铜基引线框架材料1。上世纪70年代初，奥林公司设计开发了第一种集成电路引线框架铜合金，并替代了传统的FENICO和FENI42等集成电路引线框架材料。40多年
9、来，引线框架用铜合金的开发和设计的品种已达到相当规模，已成为有色金属加工领域的主要经济效益增长点。在各国已开发的100余种高性能铜合金中，日本企业的合金牌号约占90。其中具有代表性的合金系列包括古河电工的EFFEC系列、神户制钢的KFC及KLF系列、住友金属的SLF系列以及三菱公司的TAMAC系列等2。少数欧美国家如法国、德国和美国等在高性能铜合金的研究开发领域也有较大的发展，如美国的SCM公司研制的AL2O3弥散强化铜合金AL60，导电率在80IACS以上，在925退火后抗拉强度仍保持在550MPA。CORREIA等人研究了挤压成型快速凝固CUCR和CUZR合金，所制备的快速凝固铜合金具有很
10、高的显微硬度和抗拉强度，如CU236CR033ZR034SI挤压合金在450时效1H后合金的抗拉强度可达1005MPA3。我国在高性能铜合金的研究发展上起步较晚，最早的集成电路引线框架铜合金材料的研究和生产始于上世纪80年代末4。随着我国国民经济和现代化建设的蓬勃发展，集成电路引线框架材料的用量也越来越大。2010年，我国引线框架铜带的消费量占世界总消费量的20还多，已成为引线框架材料重要的消费国。但是，我国的集成电路引线框架材料产业，无论是研究水平还是产业化生产能力上，与国外先进国家仍有很大的差距。主要表现在产业化规模小、技术含量低、产品品种少和自动化程度不高。目前我国电子工业所需的集成电路
11、引线框架材料，大部分仍要从国外进口，严重制约了我国电子信息工业的发展，成为我国国民经济持续快速发展的瓶颈。因此，研究和河南科技大学毕业设计（论文）2开发具有自主知识产权的高性能铜合金材料也就显得十分必要。为了改变这种被动局面，国家已投巨资建立了大规模集成电路生产基地。与此同时，相继开展了大规模集成电路用硅片、封装材料及相应技术的研究，并取得了显著成绩。“八五”期间，我国研制开发了TP0、TP01、QFE25型引线框架铜合金，填补了我国引线框架铜合金生产的空白，在一定程度上满足了国内市场的需求。但不可否认的是，国内框架材料铜合金与国外先进企业的产品相比，仍有一定的差距，因此，加快集成电路特别是大
12、规模集成电路用高性能引线框架铜合金的研制和开发刻不容缓。12引线框架用铜合金的发展引线框架材料是半导体行业中的分离器件和集成电路的主要功能性结构材料。集成电路（IC）是由硅片、引线框架和塑封三部分组成。早期的引线框架多采用可伐合金和铁镍合金制作，随着电子元器件向高密度化、小型化和大功率化方向的发展，对引线框架材料的导电导热及强度等要求越来越高，因而综合性能优异的铜合金成为集成电路引线框架的主导材料，目前用量已占集成电路引线框架的85以上。121国外引线框架的发展现状自上世纪60年代世界上第一块集成电路问世以来，半导体引线框架用量越来越大，新材料不断出现57。集成电路引线框架曾经广泛使用FENI
13、合金，但随着铜合金材料的不断优化和改进，已成为主要的引线框架材料。自1971年美国奥林公司开发出C194框架用铜合金后，目前国外用作引线框架的铜合金有70余种之多，日本30年来开发框架用铜合金达50余种。国际上生产铜基引线框架材料以欧美、日、韩等国家为代表，日本产量最高，约占全球70以上。目前已开发出的铜基引线框架材料主要有CUFE系、CUFEP系、CUAG系、CUNISI系、CUCRZR系等，使用较多的主要有CUFEP、CUNISI及CUCRZR等系列。世界上所有大的铜加工企业和集团都在生产和研究自己的铜框架合金，并且做到研究一代、生产一代、储备一代。日本的神户、三菱、住友、玉川，美国的奥林
14、，德国的维兰德，法国的格里赛，韩国的丰山等著名企业均有自己的铜合金框架合金牌号，其框架材料生产均已高度自动化。日本和德国是世河南科技大学毕业设计（论文）3界上最大的引线框架铜带出口国。122国内引线框架的发展现状我国的引线框架铜带材料生产始于1987年末期，但就其发展速度来讲，则远远落后于集成电路生产的发展，2005年国内需求的引线框架铜带60需要进口。我国铜板带产量已居世界前列，但是高精板带所占的比例仅为30左右，集成电路框架材料用铜带高端产品需大量进口。目前我国能够生产IC引线框架铜带的企业主要有中铝洛铜、宁波兴业、上海科泰、北京金鹰铜业等。据初步调查，2001年这四家引线框架铜带的总产量
15、还不足4000吨。其中，洛阳铜加工集团有限责任公司1400吨，兴业集团有限公司500吨，上海科泰铜业有限公司500吨，北京金鹰铜业有限责任公司1300吨。目前，我国引线框架铜带与世界发达国家相比差距较大。我国的引线框架铜带无论在品种还是性能都与日本及其它国家存在很大的差距。因此，我国必须加快引线框架材料的发展，以便赶上并努力超过其它国家811。13本文的研究内容与意义131设计的依据与意义CUCRZR合金是指以CU为基体，加入CR、ZR和其他微量元素形成的合金。国际标准组织规定的化学成分质量分数为0314的CR，002020的ZR，杂质02，其余为CU。CUCRZR合金是世界工业国为满足大规模
16、集成电路的发展而竞相研究和开发的重点。CUCR合金中CR粒子的沉淀，强度虽提高，但电导率、高温软化温度较低，且在生产过程中易过时效。CUZR合金电导率高，再结晶温度高，但CUZR中的CU、ZR粒子在位错线上析出，分布疏松粗大，强度增加不多，且在生产过程中要求合金有一定变形量。CUCRZR合金铸态组织晶粒比较细小，铸态铜合金的抗拉强度高，而且铸锭具有良好的伸长率及相当高的断面减缩率。因此CU、CR与ZR的复合加入得到的CUCRZR合金相比CUCR及CUZR合金有着明显的优势12,13。CUCRZR合金具有高的强度和良好的导电、导热性能及抗氧化性，可作为电阻焊电极和结晶器等材料在电工、电力及航空等
17、行业得到广泛的应用。随着科学技术的发展，对CUCRZR合金的综合性能提出更高的要求，提高该合金的综合性能引起相关研究者的关注。因CUCRZR合金的微观结构影响其河南科技大学毕业设计（论文）4合金的电学性能、力学性能及抗氧化性，因此，改善CUCRZR合金的微观结构有着重要实际意义1416。但关于CUCRZR合金的热变形行为的报道较少17。金属热变形行为是以不同的变形速率在高温下进行变形，通过研究流变应力与变形温度、应变速率之间的关系，来表征金属塑性成形能力及表现材料的热加工性能。132本文的研究内容和研究目的1对CUCRZR合金进行热压缩变形；2分析不同变形温度、不同应变速率下的热变形行为；3探
18、讨变形温度、应变速率与流变应力的相互关系，建立合金热变形流变应力本构方程并算出热变形激活能。通过显微组织分析，进而研究合金动态再结晶行为。河南科技大学毕业设计（论文）5第二章试验材料和试验方法21试验合金材料本试验所用的CUCRZR合金在洛阳铜加工厂进行制备。所用材料的成分如表21所示表21合金成分WT元素CRZRCU含量036003余量经过固溶时效热处理后，将棒状原材料加工成热模拟试验所需尺寸大小的试样。22试验的总体方案221热模拟试验热模拟试验在GLEEBLE1500D热模拟试验机上进行，采用圆柱体单向压缩试验研究CUCRZR合金高温热变形行为，探讨变形温度和应变速率对合金高温流变应力的
19、影响规律，进而研究合金动态再结晶行为。材料在锻造后加工成高径比为151的圆柱形，试样中部用钻床加工一个深度为23MM的小孔，放入热电偶。然后在热模拟试验机上进行高温压缩试验，试样以10/S升温速率加热至变形温度，保温3MIN后，在不同的变形速率下进行热模拟试验，试验的工艺参数如下试验尺寸高12MM、直径为8MM的圆柱形；变形温度550、650、750；变形速率001S1、01S1、1S1、5S1；变形量50222组织观察河南科技大学毕业设计（论文）6合金金相显微分析采用日产OLYMPUSPMG3型金相显微镜，试样抛光前在不同型号砂纸上打磨，然后在金相试样抛光机上抛光制成金相试样，最后进行化学腐
20、蚀。试验采用的腐蚀剂为FECL3盐酸溶液，其成分为三氯化铁23G，盐酸4ML，酒精96ML。23试验用设备及材料材料CUCRZR腐蚀剂氯化铁盐酸水溶液水砂纸和金相砂纸金相抛光机W15金刚石研磨膏烘干机OLYMPUSPMG3型金相显微镜SISCIASV80型金相图像分析系统24试验方案流程241试样制备本次试验采用的材料是CUCRZR。并将棒状材料加工成高12MM、直径为8MM的圆柱形试样。242热模拟试验热模拟试验在GLEEBLE1500D热模拟试验机上进行，采用圆柱体单向压缩试验研究CUCRZR合金高温热变形行为，探讨变形温度和变形速率对合金高温流变应力的影响规律。材料在锻造后加工成高径比为
21、151的圆柱形，试样中部用钻床加工一个深度为23MM的小孔，放入热电偶。然后在热模拟试验机上进行高温压缩试验，试样以10/S升温速率加热至变形温度，保温3分钟后，在不同的变形速率下进行热模拟试验，试验的工艺参数如下试验尺寸高12MM、直径为8MM的圆柱形；变形温度550、650、750；变形速率001S1、01S1、1S1；5S1；变形量50。河南科技大学毕业设计（论文）7243再结晶金相显微组织观察本次试验金相显微试样的制备过程包括取样、镶嵌、磨制、抛光、腐蚀等工序。现将本次试验金相试样制备过程简述如下1、取样将每个热模拟后的试样线切割成相等的两个半圆试样。2、镶嵌金相试样镶嵌方法有多种，常
22、用的主要有电镀、化学镀、机械夹持、热镶嵌、冷镶嵌等。在试验过程中应该根据实际情况选择合适的镶嵌方法。本次实验采用冷镶嵌。由于所做的试验试样较小，观察试样组织需要磨制和抛光，所以在抛光前，一定要进行试样的镶嵌。试样镶嵌方法为，在10MM的塑料管上截取长度为25MM长管。镶嵌剂为，环氧树脂、邻苯二甲酸、乙二胺的机械混合物，其质量比为80207。然后用镶嵌剂将试样镶嵌在塑料管中。待冷却后就可以进行磨制。3、磨制磨制是为了得到平整的磨面，为抛光作准备。将试样依次在200、400、600、800、1000、2000、金相砂纸上打磨，磨制时应注意用力不能太大并使划痕朝一个方向，直到划痕划痕不明显后可以进行
23、抛光。4、抛光抛光的目的是去除细磨后留下的细微磨痕，使磨面呈光亮镜面。抛光常用方法有机械抛光、电解抛光和化学抛光等。本试验采用机械抛光法19。机械抛光在抛光机上进行，抛光布常用帆布、粗呢、绒布或丝绸等。本试验中试样抛光在P2型抛光机上进行。在抛光机上用水溶金刚石研磨膏进行粗抛，当试样上划痕比较少时用水进行精抛，直至试样上无划痕为止，在整个抛光过程中抛光试样的磨面应均匀、平整地压在旋转的抛光盘上，并沿盘的半径方向从中心到边缘作往复移动，压力不宜过大，以防试样表面组织在较大的切应力下产生变形，影响金相组织的观察。当磨痕全部消除而呈现镜面时，用显微镜观察抛光试样的表面质量，当看不到划痕时即可停止抛光
24、。然后将试样用水或者无水乙醇冲洗干净，为了河南科技大学毕业设计（论文）8避免抛光后的试样在空气中氧化，抛光后的试样应及时进行腐蚀。5、腐蚀除观察试样中某些非金属夹杂物等情况外，经抛光后的试样磨面，必须用腐蚀剂进行腐蚀，以清楚地显示其显微组织。腐蚀时用滴管吸取腐蚀剂滴到抛光好的试样表面，也可用棉花沾取酒精擦拭表面以清洁腐蚀表面。腐蚀的深浅可根据组织持点和观察时的放大倍数来确定，一般腐蚀到试样磨面稍发暗时即可。如果腐蚀过重，应重新抛光，再行腐蚀。最后用吸水纸按住试样抛光面，放至烘干机下吹干。腐蚀过程中对不同的材料，因为其性能可能不同，故而选用的腐蚀剂也可能不同。本试验采用的腐蚀液为三氯化铁盐酸水溶
25、液5G50ML90ML。制备好试样之后，在OLYMPUSPMG3型金相显微镜利用SISCIASV80型金相图像分析系统进行组织观察和拍照。拍照不合格的返回重新抛光腐蚀。河南科技大学毕业设计（论文）9第三章试验结果与分析CUCRZR系合金作为一种典型的具有高强度和高导电合金，探究CUCRZR合金热变形行为，通过研究流变应力与变形温度、应变速率之间的关系，分析合金的动态再结晶行为，来表征金属塑性成形能力，为材料的热加工提供依据。对生产和开发该种合金具有深远而重大的意义。是该类合金研究必不可少的一个环节。31高温热变形行为研究分析流变应力是材料本身具有的特性，其变形过程中的变形条件对材料成形有着重要
26、的影响18,19。因此在材料确定的条件下，流变应力将随变形条件的改变而发生相应的变化。在变形方式一定的条件下，压力加工过程中最主要因素是变形温度和应变速率。而研究这两种因素对流变应力和实际的加工具有重要的理论意义。本节会分析应变速率和变形温度与流变应力之间的关系。本节对本试验进行的动态回复和动态再结晶后的显微组织结果进行观察和分析。311真应力真应变曲线分析金属在再结晶温度以上的加工叫做热变形。金属的热变形可看成是两个过程的组合一方面它像冷加工那样发生晶粒的伸长与加工硬化；另一方面又发生了回复和再结晶过程，又新形成了等轴晶粒与消除加工硬化。这种回复和再结晶过程可以与变形同时产生，这时称为动态回
27、复和再结晶2022。热模拟试验在GLEEBLE1500D热模拟试验机上进行，采用圆柱体单向压缩试验研究非真空熔铸的CUCRZR合金高温热变形行为，探讨变形温度和变形速率对合金高温流变应力的影响规律。材料在锻造后加工成高径比为151的圆柱形，试样中部用钻床加工一个深度为23MM的小孔，放入热电偶。然后在热模拟试验机上进行高温压缩试验，试样以10/S升温速率加热至变形温度，保温3MIN后，在不同的变形速率下进行热模拟试验。河南科技大学毕业设计（论文）10图31为CUCRZR合金高温热压缩在不同变形条件的真应力真应变实验曲线。观察图31可知，真应力逐渐增大时，曲线有两种趋势第一种为动态回复型曲线初始
28、阶段增幅较大而后增幅逐渐较小直至平稳。图31中各图中温度为550、650时真应力真应变曲线均属于这种形式。第二种为发生动态再结晶，此时曲线先快速增加而后出现峰值最终趋于平缓当达到峰值应力后应力下降到一个平稳状态值，最后保持不变。其中图31各图中温度为750时的真应力真应变曲线很好的符合了上述情况。也就是说热压缩变形过程中，在变形速率一定的情况下，温度越高，相应的流变应力越低，合金越容易发生动态回复，当加热温度较高时，热压缩变形曲线呈现第二种变化类型。图31不同应变速率下的真应力真应变实验曲线A001S1B01S1C1S1D5S100020406050100150200250300350400T
29、RUESTRESS/MPATRUESTRAIN650750550A00020406050100150200250300350400550TRUESTRESS/MPATRUESTRAIN750650C00010203040506050100150200250300350400750650550TRUESTRESS/MPATRUESTRAINB00020406050100150200250300350400TRUESTRESS/MPATRUESTRAIN550650750D河南科技大学毕业设计（论文）11产生这种结果的主要原因是在高温下受力变形时，加工硬化效应和动态回复及再结晶过程综合作用的结果。
30、一方面在变形初期，随着变形程度的增加，位错密度也急剧增加，晶粒得到细化，因此，金属的强度和硬度也随之增大。要继续变形就必须增加外力，这种现象就是加工硬化效应。反映在真应力真应变曲线上就是变形抗力呈现线性上升的趋势。另一方面在高温下变形时，位错可获得足够的能量产生滑移运动，使得滑移面上不规则的位错重新分布，从而大大降低变形位错的弹性畸变能。当位错运动发展到一定程度时，晶粒内部被位错墙分割成许多完善的亚晶晶体，这种结构上的变化使得材料的硬度和流变应力随之降低，即发生动态回复效应，反映在真应力真应变曲线上，就是流变应力的增幅随应变量的增加而减小，即曲线斜率快速减小。当在更高的温度下继续变形时，位错密
31、度达到发生动态再结晶所需的临界密度，产生高的层错能，在高畸变区域，无畸变的晶核开始形成和长大替代含有高位错密度的形变晶粒，发生再结晶现象，流变应力进一步降低。众所周知，金属的高温变形是一个热激活过程，因此，温度的升高能够促进热激活过程的产生和发展，降低缺陷浓度，而位错也能够克服金属变形对它的阻碍作用产生滑移，同时加工硬化与动态回复作用接近平衡，加工硬化率趋于零，出现应力不随应变而增高的稳定状态。同时，当形变温度升高时，动态回复和动态再结晶速度也随之加快。形变温度越高则位错运动和晶界的迁移越容易，因此温度升高时动态回复随之加快。在此过程中，变形初期，加工硬化作用所占的主导作用会随着位错密度的降低
32、而降低，合金的流变应力也随之降低。金属经历回复阶段后将进行再结晶转变，再结晶转变就是无畸变的晶核在变形金属基体中长大的过程，随着温度升高，再结晶晶核形成和长大的速率增大，使得位错密度急剧下降，合金流变应力下降，强硬度降低。而当变形温度一定时，变形速率越低，合金相应的流变应力也越低，合金发生再结晶的倾向越明显。这是因为，金属发生塑性变形时，位错的运动、滑移和扩散蠕变等，都需要一定的时间来进行。在高速变形条件下，塑性变形不能在变形基体中充分的展开和完成，从而使得位错塞积严重，畸变强烈，加工硬化作用也更明显。河南科技大学毕业设计（论文）13312温度对再结晶组织的影响图32是CUCRZR合金在变形速
33、率为1S1时，在550、650和750时的显微组织。其主要的特点就是随着温度的上升，动态软化越来越显著，在较高温度下动态再结晶已非常明显。图32不同热变形温度下再结晶后合金的显微组织照片A550B650C750从图32中可知，当温度较低时550晶粒拉长，其方向为垂直于压缩方向，位错交滑移，刃型位错攀移，发生动态回复（如图32A）；当温度升高至650时，将会形成越来越多的动态再结晶形核区，结果使得形核也随之增多，一些被拉长的晶粒的晶界会变得模糊，如图32B所示；当温度继续升高到750时，被拉长的晶粒逐渐被均匀的等轴晶所取代，而且几乎完全被取代（如图32C）。313变形速率对合金再结晶组织的影响A
34、）CB）河南科技大学毕业设计（论文）14为了分析变形速率对CUCRZR合金再结晶行为的影响，对CUCRZR合金的显微组织进行观察。图32是CUCRZR合金在变形温度为650下，在应变速率为001S1、01S1、1S1和5S1时的显微组织。图33CUCRZR合金不同变形速率下的显微组织A5S1B1S1C01S1D001S1由图33可知，当应变速率较高时5S1晶粒处于拉长状态，其方向为垂直于压缩方向，合金发生动态回复，如图33A所示；当应变速率降低至1S1时，一些被拉长的晶粒的晶界会变得模糊，材料发生动态再结晶，通过原晶界弓出机制在部分晶粒的晶界处有细小的再结晶晶核形成（如图33B）；当应变速率为
35、01S1时，有数目较多的再结晶晶核形成，且亚晶聚集长大，被拉长的晶粒逐渐被均匀的等轴晶所取代，如图33C所示；当材料变形较慢且应变速率为001S1时，材料中大部分变形晶粒被等轴无畸变晶粒所代替（图33D）。动态再结晶形核及长大需要一定孕育期，除与畸变能大小和温度高低有关外，还受原子扩散速率的影响。当应变速率较小时，材料有充分的时间进B）A）C）D）河南科技大学毕业设计（论文）15行再结晶，并择优于原始晶界处形核长大。当应变速率增大时，一方面尽管有利于畸变能增加，但形变时间缩短，原子扩散不充分，阻碍了再结晶晶粒的长大；另一方面，提高应变速率，导致缺陷增加，有助于提高再结晶形核率，但晶粒又来不及长
36、大，因此晶粒度会略有细化。32流变应力方程的建立通过对非真空熔铸的CUCRZR合金热压缩变形的应力应变曲线的分析可知，合金在高温塑性变形过程中的流变应力与应变速率、变形温度T以及应变量之间存在一定的函数关系，并且在不同的的应力水平下可以用不同的方程来描述1EXP08NQART312EXPEXP12QART32SINHEXPNQART33式31、式32和式33中，A1、A2、A、N、N错误未找到引用源。、均为与材料有关的常数，主要取决于材料的化学组成，且常数、N错误未找到引用源。和之间满足/N；错误未找到引用源。为应变速率；T为绝对温度；R为气体常数；Q为热变形激活能23。其中式31为适用于低应
37、力水平时的函数关系，式32为适用于高应力水平条件下函数关系。20实际70年代，SELLARS和TEGART提出并试验验证了热变形条件，通常用子ZENERHOLLOMON参数Z来表示SINHNZA34将式31、式32和式34两边分别取对数，并假定材料的热变形激活能在很小的范围内保持不变，可得LNLNLNQANRT35LNLNQART36河南科技大学毕业设计（论文）16LNLNLNSINHZAN37将不同热压缩变形温度下CUCRZR合金的流变应力峰值随应变速率的变化情况分别代入式35和式36，绘制LNLN、LN的一元线性回归图，如图34所示。由于式31适用于低应力水平，故N取低应力峰值线性回归的平
38、均值，而式32适用于高应力水平，故取高应力峰值线性回归的平均值，分别得N1477305、011793，由/N可得0007983，将值代入式37中可得出相应的LNLNSINH关系曲线，如图34所示，计算其线性回归后斜率的平均值为117858。图34CUCRZR合金峰值应力与应变速率相关性ALNBLNCLNLNSINH从图34中可以看出，CUCRZR合金热压缩变形时其应变缩率与峰值应力之间均满足较好的线性关系，即可用式31、式32和式33进行线性回归的描述。变形温度是热加工过程中金属塑性变形的重要参数，一般条件下，变形温度越高，材料相应的流变应力越低，即材料的强度指标将降低，如图31所示。假设当变
39、形速率一定时，一定温度范围内的Q值不变，则在一定的温04000408121620245432101750650550LNLNSINH100150200250300350432101750650550LN44485256605432101750650550LNLNA）B）C）河南科技大学毕业设计（论文）17度和应变速率下，由式35对1/T求偏导得LNSINHLNR1/LNSINHTQT38由式38可知，材料热加工过程中的变形激活能Q可通过LNLNSINH和LNSINH1/T斜率的平均值和气体常数的乘积求得。计算得CUCRZR的变形激活能分别为8451846KJ/MOL。图35为CUCRZR合金高
40、温峰值应力与变形温度的关系曲线。通过合金热变形峰值应力和对应温度，可绘制出CUCRZR合金相应的LNSINH1/T关系曲线并进行线性回归，如图35所示。采用最小二乘法线性回归，可求得两种合金的LNSINH1/T曲线斜率平均值为862548。图35CUCRZR合金峰值应力与变形温度相关性由式37可知，利用与T值，可求得对应LNZ值，从而可绘出LNSINHLNZ图，如图36所示。其斜率的自然对数即LNA分别为1105891。100105110115120125050005101520255S11S101S1001S1LNSINH/MPAT1/103K105000510152025909510010
41、5110115120LNZLNSINH河南科技大学毕业设计（论文）18图36CUCRZRZ参数与流变应力的关系将上述所求参数值代入式33，即可得到CUCRZR合金的高温热变形流变应力本构方程110589114,773058451846ESINH0007983EXP8314T39河南科技大学毕业设计（论文）19结论通过对CUCRZR合金动态再结晶行为进行研究，主要得到以下结论1、CUCRZR合金高温压缩变形时的流变应力强烈地取决于应变速率和变形温度，流变应力随变形温度升高而降低，随应变速率提高而增大；2、研究了变形温度对合金动态再结晶行为的影响，当变形温度为550时，合金的软化机制以动态回复为主
42、，当变形温度较高时，软化机制以动态再结晶为主，当温度到达750时，显微组织几乎全部为再结晶组织；3、研究了应变速率对合金动态再结晶行为的影响，当在较高的应变速率下热压缩时，晶体内发生动态回复；随应变速率降低，发生动态再结晶，当应变速率为001S1时，大部分变形晶粒被等轴无畸变晶粒所代替；4、基于ARRHENIUS双曲正弦方程，计算得CUCRZR合金的热变形激活能为8451846KJ/MOL，其对应的流变应力方程为110589114,773058451846ESINH0007983EXP8314T。河南科技大学毕业设计（论文）20参考文献1傅声华,陆峰,李询IC引线框架用CUCRZR系材料的研究
43、现状与发展J铝加工,2008,418310132师阿维引线框架用铜合金的研究与发展J热处理,2007,2226103刘平,田保红,赵冬梅铜合金功能材料M北京科学出版社,2004,1111124王小娟铜合金引线框架材料现状与发展J江西有色金属,2004,18131345马凤仓,倪峰,杨涤心铜铬合金制备方法研究现状J材料开发与应用,2002,17335386薛剑峰,张伯仁IC引线框架材料的发展动向J功能材料,1985,161177姜训勇,李亿莲,王童高强度高导电铜合金J上海有色金属,1995,105568郑雁军,姚家鑫,李国俊高强度高导电铜合金的研究与展望J,材料导报,1997,284342345
44、9左孝青,王吉坤有色金属矿产资源的开发及加工技术加工部分M昆明云南科技出版社,2000,10310710LIUP,KANGBX,CAOXG,ETALAGINGPRECIPITATIONANDRECRYSTALLIZATIONOFRAPIDLYSOLIDIFIEDCUCRZRMGALLOYJMATERIALSSCIENCEENGINEERINGA,1999,12326226711刘技文,王子元新型高导电BENICU合金性能研究J金属热处理,1996,31394112BLAZL,KORBELA,KUSINSKIJRETARDATIONOFFRACTUREBYSTATICPRECIPITATIONI
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47、2002,3311421陈文革,王纯集成电路用的金属铜基引线框架和电子封装材料的研究进展J材料导报,2002,167293322BAEAJ,HONMABI,MURATACM,ETALPROPERTIESOFSELECTEDSULFONATEDPOLYMERSASPROTONCONDUCTINGELECTROLYTESFORPOLYMERELECTROLYTEFUELCELLSJSOLIDSTATEIONICS,2002,14718919623HANK,EMBURYJD,COURTNEYTH,ETALTHEFABRICATION,PROPERTIESANDMICROSTRUCTUREOFCUAGANDCUNBCOMPOSITECONDUCTORSJMATERSCIENGA,1999,34799106河南科技大学毕业设计（论文）22致谢本文是在贾淑果老师悉心指导下完成的，老师的严谨治学态度、对科学一丝不苟地精神使我深受感动并将使我以后的学习和生活受益匪浅。在此论文即将付梓之际，谨向贾老师表示深深的敬意和衷心的感谢。在论文工作中，得到了李红霞老师、朱宏喜等老师的支持与帮助，特别是丁宗业学长、邓猛学长指导和帮助，在此本人深表谢意。还有同组姜涛、范宏登、许承尧、王海军、李慧君等同学共同挥洒的汗水，本人对他们表示感谢。
