柱状晶组织铜铬锆合金的变形行为及形变-时效强化机制

High-strength and high-conductivity Cu-Cr-Zr alloy contact wire is the key material for improving speed and safety property of high speed railways, which is in great market demand. At present, high-property Cu-Cr-Zr alloy contact wires is in a state of backward technology and basically dependent on import, which restrain the quick development of high railway severely. This project applies Two-Stage Heating-Cooling Combined Mold casting technology (HCCM casting for short) on the accurate control of Cu-Cr-Zr alloy solidification microstructure and puts forward “HCCM casting + cold rolling + deformation-aging treatment” process to prepare Cu-Cr-Zr alloy contact wires. By means of confirming “deformation feature and mechanism of columnar-grained alloys”, “deformation-aging interacting effect and accumulation strengthening mechanism” these two scientific problems, the aim of this project is to develop a kind of compact-process high-efficiency preparation technology of high-property Cu-Cr-Zr alloys to solve the hot working cogging and surface cleaning requirements, long process and high cost problems of the existing preparation technology.

高强高导Cu-Cr-Zr合金接触线是高速铁路列车速度和安全性能提升的关键材料，市场需求巨大。目前我国高性能Cu-Cr-Zr合金接触线制备技术落后、主要依赖进口，严重制约了高铁产业的快速发展。本项目将二段式热冷组合铸型水平连铸技术应用于Cu-Cr-Zr合金凝固组织的精确控制，提出采用“二段式热冷组合铸型水平连铸+冷轧变形+形变-时效处理”的工艺方案制备高性能Cu-Cr-Zr合金接触线的新思路。通过重点研究和阐明“柱状晶组织合金的变形特征与机制”、“合金形变-时效交互作用规律与累积强化机制”两个科学问题，开发一种高性能Cu-Cr-Zr合金短流程高效制备加工工艺，解决现有Cu-Cr-Zr合金制备工艺需热加工开坯和表面清洗、工艺流程长、生产成本高等问题。

高强高导Cu-Cr-Zr合金接触线是铁路速度和安全性提升的关键材料之一，市场需求巨大。然而，目前该合金的制备工艺还存在工艺流程长、生产成本高、产品性能不理想等问题，开发一种高性能Cu-Cr-Zr合金接触线的短流程制备加工工艺取代现有的制备加工工艺，可显著提升我国高铁接触线产业的国际竞争力。本项目突破了Cu-Cr-Zr合金坯料的二段式热冷组合铸型水平连铸技术，制备了具有柱状晶组织、表面光亮、低铸造缺陷、优异加工性能的Cu-Cr-Zr合金坯料；明确了柱状晶Cu-Cr-Zr合金坯料的冷加工变形行为与机制，实现了高强高导Cu-Cr-Zr合金的高效冷加工变形；明确了柱状晶Cu-Cr-Zr合金形变-时效交互作用规律与强化机制，开发了Cu-Cr-Zr合金的在线固溶-时效处理新技术，并在企业进行了推广应用；基于上述研究结果，开发了一种Cu-Cr-Zr合金高铁接触线的短流程高效制备加工工艺。该技术相比现有技术具有以下优点：水平连铸工艺可在凝固界面附近建立超高的温度梯度和较高的冷却速率，有效解决了铜铬锆合金熔炼和凝固过程合金成分易偏析、铸造质量差等问题，所制备棒坯组织致密，成分均匀，且形成了强轴向取向柱状晶组织，有利于提高合金的后续冷加工性能；提出的在线感应加热连续固溶淬火和时效处理方式，自动化程度高，生产效率高，产品性能均匀性和一致性好，适合于超大盘重、超大长度铜铬锆合金接触线的规模化工业生产；提出的“轧制/拉拔-时效-拉拔-时效”的二级时效处理工艺，可显著提高铜铬锆合金线材的力学和导电性能，实现高性能铜铬锆合金接触线材的制备加工。