深冷处理对紫铜性能和显微组织的影响

　　深冷处理，是指把经过普通热处理后的材料进一步冷却到-100～-196℃的处理方式，是常规热处理的扩充。随着液氮低温技术的发展和实验手段的完善，对深冷处理的研究逐步深入，不仅用于传统钢铁材料的处理，以提高材料的力学性能和使用寿命[1～3]; 同时也有对于有色金属的研究。对铝合金、铜合金、镁合金以及钛合金进行深冷处理，可以提高材料的尺寸稳定性，减少变形，改善材料的均匀性[4]。

　　目前对于黑色金属进行深冷处理的机制已经研究得比较清楚，但是对于有色金属材料，尤其是铜及铜合金，在深冷处理方面提高性能上还是缺乏相关机制的研究; 同时在深冷处理的工艺问题上对于不同材料也需要不同的方案。王俊杰等[5]对2A11铝合金进行深冷处理，发现深冷处理可以改善2A11铝合金的尺寸稳定性，并且经过多次深冷处理可以进一步提高合金的尺寸稳定性。滕杰等[6]对轧制薄板紫铜采用直接浸泡在液氮(-196℃)中进行深冷处理，观察到深冷处理24h后，紫铜的显微硬度提高了15.4%，抗拉强度提高了11.2%; 引起了衍射峰的强弱变化，同时衍射峰发生了宽化，提出可能是晶粒细化引起的。黄云战等[7]对铅黄铜HPb59^-1进行深冷处理，表明在塑性不下降的同时，铅黄铜的强度和硬度都有所提高，提出β相的析出和弥散分布是提高铅黄铜合金强韧性和硬度的原因。陈文革等[8]对W-Cu合金在-196℃保温48h进行深冷处理，发现深冷处理后铜颗粒以短棒状形态在钨基体上弥散析出，提出析出的细小弥散颗粒阻碍晶粒粗化和位错移动，同时体积收缩弥合空位和微孔等缺陷，提高了W-Cu合金的硬度。Corey等[9]研究深冷处理对于GRCop-84粉末材料电阻率的影响，发 现深冷处理提高了GRCop-84的电阻率，但深冷处理若放在回火之后，电阻率下降。Tarr和Rhee[10]发现，经过深冷处理，对于Cu-0.85Cr热导率会有2%～4%的提高。紫铜的导电性、导热性优良，广泛用作各种导线、电缆、电气开关、电器材、换热器等; 在高效电动机领域中，紫铜被大量应用在电机转子上，铸铜转子具有效率高、材料成本低、重量轻等优点，力学性能、导电性、导热性都影响到电机效率[11-12]。针对进一步改善铸铜转子效率的目的，本课题组与国际铜业协会(中国)合作，在之前工作的基础上，采用一种相对成熟的深冷工艺处理压铸成型的紫铜，利用室温拉伸试验、导电性实验、XRD以及SEM分析显微组织和力学性能，探索深冷处理对铸态紫铜在力学性能、导电性等性能的影响。

　　1 实 验

　　本实验所用材料为紫铜T2(质量分数为99.9%的纯铜)。铸铜电机转子采用压铸成型，其中铜压铸的浇筑温度为1100℃，在高压作用下将液态纯铜以较高速度成形凝固，实验所用材料为从铜电机转子上切割出的4根长条状试样。将试样分为两组，一组作为原始态对比，一组深冷处理，其中深冷处理在本课题组自行研制的SLX程序控制深冷箱[13]中进行。深冷工艺如下: 如图1所示，将试样从室温(20℃)以1℃·min^-1的速率降温到液氮温度(-196℃)，在液氮温度保温24h，结束保温后将试样取出，在空气中自然回温到室温，再在真空箱中以120℃保温2h，随炉降温到室温。