【摘要】：在傳統(tǒng)的強(qiáng)化方式中,強(qiáng)度的提升總伴隨著塑性的下降,反之亦然。本文以銅和銅合金為研究對(duì)象,將合金化和鑄造工藝相結(jié)合制備不同組織結(jié)構(gòu)的銅樣品,以期獲得強(qiáng)、塑性的同時(shí)提升。作者等人制備出兩組鑄態(tài)銅合金樣品:(Ⅰ)Cu-10Sn-2Zn和Cu-10Sn-2Zn-1.5Fe-0.5Co錫青銅合金;(H)純銅、Cu-(1.0,1.5,2.0,3.0)Fe-0.5Co 和 Cu-1.5Fe-0.1Sn 合金,分別采用金相、掃描、透射等表征手段和常溫拉伸測(cè)試研究了兩組樣品的微觀組織與力學(xué)性能。對(duì)于第Ⅰ組,鑄態(tài)Cu-10Sn-2Zn-1.5Fe-0.5Co合金中大量富鐵納米顆粒彌散分布在平均尺寸23 μm的等軸晶內(nèi)部(定義為NPFG結(jié)構(gòu),NP:nanoparticle,FG:fine grain),粗大的脆性δ富錫相得以消除,富鐵納米顆粒具有多種晶體學(xué)特征。結(jié)合DSC、APT技術(shù)和Thermo-Calc軟件,分析得出富鐵納米顆粒與銅基體的交互作用產(chǎn)生NPFG結(jié)構(gòu)的機(jī)制以及“納米墻”抑制錫偏析的機(jī)制,利用MS理論解釋了富鐵納米顆粒的球狀不穩(wěn)定性。相比原始合金,NPFG結(jié)構(gòu)錫青銅的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延伸率分別由225MPa、128MPa和12%提升到463MPa、215MPa和28%,說(shuō)明納米顆粒-細(xì)微晶協(xié)同強(qiáng)化可實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度和高塑性。對(duì)于第Ⅱ組,富鐵納米顆粒隨著鐵含量的增加而粗化,納米顆粒在長(zhǎng)大過(guò)程中經(jīng)歷了球狀→立方狀→花瓣?duì)畹难葑�。Fe、Co元素的加入引起柱狀晶→等軸晶轉(zhuǎn)化和晶粒細(xì)化,Sn元素的加入提高晶粒細(xì)化的效率。Cu-(1.5～3.0)Fe-0.5Co和Cu-1.5Fe-0.1Sn合金中獲得NPFG結(jié)構(gòu),納米顆粒-細(xì)微晶協(xié)同強(qiáng)化導(dǎo)致強(qiáng)度和塑性同時(shí)提升到純銅的兩倍左右。作者觀測(cè)到四種典型的富鐵納米顆粒,結(jié)合Thermo-Calc計(jì)算和相場(chǎng)模擬,研究了富鐵納米顆粒的析出行為、晶體結(jié)構(gòu)和形態(tài)演變機(jī)制。利用異質(zhì)形核機(jī)制解釋了晶粒的演化。結(jié)合原位透射拉伸和強(qiáng)化模型,定性和定量地分析了 NPFG結(jié)構(gòu)銅合金的強(qiáng)化機(jī)制,提出NPFG結(jié)構(gòu)的最優(yōu)配置是界面鈍化(如無(wú)尖銳邊角的球狀)的細(xì)小納米顆粒+細(xì)微晶粒(1～1OOμm)+具有高線(xiàn)性錯(cuò)配度和高生長(zhǎng)限制效應(yīng)的微量固溶元素。本文給出了 NPFG結(jié)構(gòu)的制備和優(yōu)化思路,可期用于制備大尺寸和復(fù)雜形狀的高強(qiáng)、塑性的塊體金屬材料。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TG146.11
【圖文】：

發(fā)展最為快速的技術(shù)之一。其原理是將試樣在一定擠壓力下通過(guò)兩個(gè)軸線(xiàn)相逡逑交且截面尺寸相等并成一定角度的通道，試樣在擠壓力下發(fā)生純剪切變形進(jìn)逡逑而達(dá)到細(xì)化晶粒的目的，等通道轉(zhuǎn)角擠壓原理如圖２－２所示。逡逑暴逡逑Ｐｒｅｓｓｅｄ邋ｓａｍｐｌｅ逡逑圖２－２等通道轉(zhuǎn)角擠壓原理圖［４］逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｔｈｅ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ＥＣＡＰ邋ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ邋ａｎ邋Ｘ，邋Ｙ，邋Ｚ邋ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ邋ｓｙｓｔｅｍ［４］逡逑高壓扭轉(zhuǎn)１６１］是由Ｂｒｉｄｇｍａｎ第一次提出并逐步發(fā)展的劇烈塑性變形工藝。逡逑圖２－３為薄片盤(pán)狀試樣高壓扭轉(zhuǎn)原理圖。采用此裝置變形時(shí)，將薄片盤(pán)狀試逡逑樣施以ＧＰａ級(jí)的高壓使其發(fā)生扭轉(zhuǎn)。由于變形試樣的尺寸不發(fā)生改變，試樣逡逑的外側(cè)可引入較大的剪切應(yīng)變，使金屬材料發(fā)生劇烈塑變，晶粒尺寸將不斷逡逑減小直至形成超細(xì)晶甚至納米晶粒。同時(shí)由于材料在許可的壓力和試樣外壓逡逑力的作用下，受模具的影響，使得材料在類(lèi)似于靜壓力的條件下發(fā)生剪切變逡逑形，因此，盡管其材料應(yīng)變量很大，試樣卻不易發(fā)生破裂。逡逑累積疊乳是由日本大阪大學(xué)Ｓａｉｔｏ等［６２］首次提出并逐步發(fā)展起來(lái)的一種逡逑變形方法以制備納米結(jié)構(gòu)材料。采用累積疊軋大變形方法制備超細(xì)晶材料可逡逑以實(shí)現(xiàn)其連續(xù)化制備，但在累積疊軋過(guò)程中為了消除加工硬化、裂邊及界面逡逑復(fù)合

．，．Ｖ邋ｙ逡逑ｕ逡逑圖２－４累積疊軋?jiān)韴D［６２］逡逑Ｆｉｇ．邋２－４邋Ｔｈｅ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ＡＲＢ．邋Ｆｉｇｕｒｅ邋ｐｉｃｋｅｄ邋ｆｒｏｍ邋ｔｈｅ邋ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ＾６２１逡逑綜上所述，劇烈塑性變形是一種有效的制備超細(xì)晶乃至納米晶材料的方逡逑法，使傳統(tǒng)材料的性能獲得大幅度的提高與改善。與未變形或小變形的粗大逡逑晶粒材料相比，劇烈塑性變形制備的金屬材料所獲得的超細(xì)晶以及高缺陷密逡逑度使其具有更高的強(qiáng)度，然而這樣的組織特點(diǎn)也將使其延展性下降。比如，逡逑－９邋－逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2742296