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柱状晶组织Cu-Ni-Si合金的形变时效组织调控及强化机理研究

批准号:
52105361
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
廖万能
依托单位:
学科分类:
成形制造
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
廖万能

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
Cu-Ni-Si合金由于具有较高的强度、导电性、导热性及良好的加工性能,已成为制备引线框架的一种重要材料。目前Cu-Ni-Si合金带材的传统制备加工工艺存在合金铸坯组织不均匀、晶粒取向杂乱,加工硬化率大,中间退火次数多,时效析出不充分、析出相尺寸较单一、弥散分布不够且容易长大和综合性能低等一系列问题。针对上述问题,本项目采用定向凝固技术制备C70250铜合金带坯,对柱状晶组织C70250铜合金带坯直接进行三种形变热处理,省略均匀化退火和固溶处理工序,研究直接时效、单次冷轧时效工艺和反复冷轧时效工艺对柱状晶组织C70250铜合金带材晶粒结构、位错及析出相的影响,揭示柱状晶组织C70250铜合金形变时效过程中的塑性变形机制、析出行为和相互作用机理,建立柱状晶结构和析出相对C70250铜合金强度和导电率的协同提升理论,为实现高强高导Cu-Ni-Si合金带材的短流程制备提供理论依据。
英文摘要
Cu-Ni-Si alloy has become an important material for lead frame due to its high strength, conductivity, thermal conductivity and good processability. At present, the traditional preparation process of Cu-Ni-Si alloy strip has a series of problems, such as uneven structure, disordered grain orientation, high work hardening rate, many times of intermediate annealing, insufficient aging precipitation, single precipitation size, insufficient dispersion distribution, easy growth and low comprehensive properties. In this project, C70250 copper alloy strip billet with columnar structure is prepared by directional solidification technology. Three kinds of thermomechanical treatment were directly carried out on the columnar structure strip. The homogenization annealing and solution treatment processes are omitted. The effects of direct aging, single cold rolling-aging and repeated cold rolling-aging on the grain structure, dislocation and precipitate phase of columnar structure C70250 copper alloy strip are studied. The plastic deformation mechanism, precipitation behavior and interaction mechanism of columnar structure C70250 copper alloy during deformation aging are revealed. The theory of synergistic enhancement of the strength and electrical conductivity of columnar grain structure and precipitation of C70250 copper alloy is established, which provides a theoretical basis for realizing the short process preparation of high strength and high electrical conductivity Cu-Ni-Si alloy strip.
Cu-Ni-Si合金具有较高的强度、导电性和导热性以及良好的加工性能和耐蚀性能,成为二十一世纪集成电路引线框架用铜合金材料的开发热点之一。目前电子工业领域对铜合金材料的要求越来越高,迫使Cu-Ni-Si合金材料的制备向更高性能、更高效率、更低成本方向发展。基于此,本项目通过引入定向凝固技术制备均匀柱状晶组织Cu-Ni-Si合金带坯,取消传统的均匀化退火和固溶处理工序,重点研究柱状晶组织C70250铜合金冷轧-时效组织结构演变规律、柱状晶组织C70250铜合金冷轧-时效溶质原子扩散和析出行为和柱状晶组织C70250铜合金冷轧-时效组织性能精确调控三个方面。开发了C70250铜合金带坯“连续定向凝固-反复大变形量冷轧+时效”短流程制备新工艺,采用连续定向凝固技术制备的C70250铜合金带坯不进行固溶处理,可直接进行两次大变形量冷轧时效处理,当合金经95%压下率一次冷轧+450 °C/45 min一次时效+60%压下率二次冷轧+400 °C/10 min二次时效后,合金的屈服强度、抗拉强度和导电率分别达到851 MPa、884 MPa和45.7% IACS,抗拉强度和导电率的乘积更优于报道的同类产品。高强度和高导电性的实现归因于柱状晶合金经过双重变形和时效处理过程中应变硬化和析出行为的相互作用。通过对柱状晶组织C70250铜合金进行反复大变形量冷轧为强化相的析出提供时效驱动力,通过反复低温时效充分析出多尺度细小纳米强化相并钉扎晶界保留纤维状结构,显著降低了溶质原子和横向晶界对电子的散射作用,最终形成了具有高密度、多尺度纳米团簇相和Ni2Si相均匀混合的条带状组织结构,揭示了多尺度纳米强化相和柱状晶粒结构对力学性能和导电性能的协同强化机理,提出了高强高导铜合金材料微观组织设计原则,为高性能铜合金材料的组织控制提供理论依据。在国内外重要期刊上发表了SCI论文6篇,申请或授权国家发明专利4项;参加国际、国内学术会议 6次,作分会报告4次;毕业本科生 2 人、在读硕士生 2 人,指导的1名硕士生获2024年硕士研究生国家奖学金。
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