拉拔与轧制变形工业纯铝微观结构、力学性能及导电性研究

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冷加工变形的高导电率硬铝导线已在电力传输领域得到广泛应用。高服役可靠性及低电能损耗往往要求节能铝导线在具有高强度的同时,还要有良好的导电性。金属材料在经冷加工塑性变形过程中,由于晶粒的细化和持续的加工硬化,材料强度得到不断提高,但其塑性会显著下降,导致材料的强度与塑性往往成倒置关系。同时,塑性变形过程中,由于空位、位错以及晶界等缺陷也会增加,强烈影响了材料的导电率。如何使冷加工金属在具有高强度的同时拥有高导电性,不仅是发展高性能节能导线所面临的实际问题,且也是有待解决的共性关键科学问题。本研究以工业用纯铝为研究对象,通过对材料的拉拔和轧制两种塑性变形方法,研究了不同冷加工变形方式下A4纯铝导线材料的微观结构演化、强度和导电率;探究了形变强化与材料导电性间的关系;利用冷轧焊合方法制备了铝/铝层状复合材料,研究了制备态及退火处理后层状复合材料的微观结构、力学性能及导电率的变化规律,探讨了层状复合材料的强韧化机理及导电率变化的规律。  冷拉拔后A4铝导线中主要由拉长晶粒构成,晶粒间具有与拉拔方向平行的高角晶界,晶粒内部具有大量的低角晶界;拉拔变形的A4导线最终具有稳定的<111>和<001>两种共存的织构;由于拉拔加工引起的不均匀变形,导线边缘处形成了明显的{110}<111>织构。  随着拉拔变形量的增加,A4铝导线的强度不断升高,伸长率不断下降,而A4导线导电率表现出先下降,后上升,最后再下降的变化趋势。提出了基于晶界取向差及高角晶界分布特性的并联模型,计算分析了拉拔变形铝导线导电率随变形量复杂变化行为。  工业用A4纯铝不同道次冷轧变形研究表明:与拉拔变形A4铝导线中的微观结构不同,轧制变形A4纯铝的微观结构主要由拉长的晶粒以及细晶带构成;对于初始具有立方织构的样品,轧制变形初始阶段先形成Goss织构;随着变形量的增加,最终形成稳定的Copper织构。通过变形使纯铝获高强度水平时,拉拔变形方式导致的材料导电率损失比轧制变形方式低。  采用大压下量轧制焊合方法制备出界面结合良好的细晶铝/亚微米晶铝的结构层状化材料,层状材料截面上的硬度呈明显周期性变化。冷轧态铝/铝层状材料的强度介于组元层强度之间,符合混合法则,而伸长率明显优于组元层材料。导电率测量结果表明:无论是冷轧态还是退火态, Alhard-650/Alsoft-650层状材料导电率均优于Alhard-650/Alsoft-220,表明软层体积增加会改善铝/铝层状复合材料的导电性能。  
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