本文關(guān)鍵詞：超細(xì)晶銅基合金塑性變形機(jī)理及力學(xué)性能的研究

  更多相關(guān)文章： 銅合金 塑性變形 力學(xué)性能 層錯(cuò)能 變形機(jī)理

【摘要】：近年來,銅和銅合金以其獨(dú)特的力學(xué)性能和物理性能廣泛應(yīng)用于航天航空、電器儀表、國防等行業(yè),而且富有銅礦資源的云南更是把銅和銅合金作為一個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域來研究。優(yōu)化銅及銅合金的強(qiáng)度和塑性一直以來都是科學(xué)研究中的熱點(diǎn),同時(shí)也是有待解決的一大科學(xué)難題。目前,通過采取大塑性變形工藝(Severe Plastic Deformation, SPD)制備超細(xì)晶／納米晶材料來改善材料的強(qiáng)度和塑性。本課題以純銅和不同層錯(cuò)能的銅鋁、銅鋅以及銅鋁鋅合金為研究對(duì)象,探討了不同的變形加工方法如低溫軋制工藝(1ow temperature rolling, LR)、室溫軋制工藝(room temperature rolling, RR)、霍普金森壓桿變形工藝(Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB)和表面納米化工藝(Surface Mechanical Attrition Treatment, SMAT)對(duì)材料的顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響,并研究了不同變形工藝下材料的主要變形機(jī)理。在塑性變形過程中,外界的因素如應(yīng)變速率和變形溫度等對(duì)材料的顯微結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能以及變形機(jī)理會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。為了探討變形因素對(duì)銅基合金的力學(xué)性能和變形機(jī)理的影響,將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)為：分別將Cu-5.5wt%A1-4.5wt%Zn、 Cu-1.86wt%Al-23.89wt%Zn和Cu-1.08wt%A1-2.6wt%Zn進(jìn)行低溫軋制和室溫軋制處理；將Cu、Cu-2.2wt%A1和Cu-4.5wt%Al進(jìn)行霍普金森壓桿變形和室溫軋制處理；將Cu-10wt%Zn、Cu-20wt%Zn和Cu-30wt%Zn進(jìn)行退火和表面納米化(SMAT)處理。本文采用顯微硬度測試儀、金相顯微鏡(OM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射儀(XRD)和萬能拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)不同變形工藝處理的試樣的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能進(jìn)行了表征分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在塑性變形過程中加工溫度對(duì)材料的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能有著重要的影響。同一材料在低溫軋制(約77K)下的強(qiáng)度和塑性比室溫軋制(293K)下的更高,晶粒尺寸也是低溫軋制系列樣品的更細(xì)。經(jīng)過低溫軋制的Cu-5.5 wt%Al-4.5wt%Zn合金擁有最細(xì)的晶粒(21nm),并且表現(xiàn)出最高的強(qiáng)度(785MPa)。由經(jīng)典的H all-Petch關(guān)系可知,在一定范圍內(nèi)減小晶粒尺寸可以改善材料的力學(xué)性能。室溫軋制工藝的應(yīng)變速率為5s-1,而霍普金森壓桿工藝的應(yīng)變速率為104 s-1,后者遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于前者。在一定范圍內(nèi),應(yīng)變速率的提高,有助于提高材料的強(qiáng)度和改善塑性。經(jīng)過霍普金森壓桿變形制備的Cu-4.5wt%Al合金的屈服強(qiáng)度達(dá)到703MPa,而均勻延伸率也保持2.1%。澤納-霍洛蒙參數(shù)(Z值)反比于變形溫度,正比于應(yīng)變速率,所以低溫軋制和霍普金森壓桿變形加工的樣品擁有更大的Z值。Z值的增加將會(huì)抑制動(dòng)態(tài)回復(fù),有助于提高位錯(cuò)塞積的能力并促進(jìn)變形過程中孿晶的形成,孿晶的增加會(huì)提高加工硬化,延遲頸縮,從而改善材料的塑性。所以,霍普金森壓桿變形工藝制備的樣品比室溫軋制工藝制備的樣品擁有更好的力學(xué)性能。在液氮環(huán)境(77K)下,經(jīng)過表面納米化處理(SMAT)的材料具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能,即擁有較高的強(qiáng)度和良好的塑性。拉伸測試表明,SMAT樣品具有一種優(yōu)越的強(qiáng)度一塑性的配合性,其中Cu-30 wt.%Zn合金同時(shí)擁有364MPa的強(qiáng)度和24%的均勻延展性,主要是因?yàn)榻?jīng)過SMAT處理的材料從表層到心部產(chǎn)生了一種梯度結(jié)構(gòu)變化,即表層為細(xì)晶區(qū)而心部為粗晶區(qū)。另外,層錯(cuò)能是材料的固有屬性,不同成分的銅合金具有不同的層錯(cuò)能,一定范圍內(nèi)降低層錯(cuò)能有利于位錯(cuò)和孿晶的形成以及細(xì)化晶粒等。本文還研究了不同層錯(cuò)能和加工條件對(duì)材料顯微結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響,以及討論了他們在變形機(jī)理轉(zhuǎn)變過程中的作用。
【關(guān)鍵詞】：銅合金 塑性變形 力學(xué)性能 層錯(cuò)能 變形機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG146.11
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-36
• 1.1 引言12-13
• 1.2 銅及銅合金13-15
• 1.2.1 銅的基本特征13-15
• 1.2.2 銅合金的分類及應(yīng)用15
• 1.3 超細(xì)晶/納米晶金屬材料的變形機(jī)理15-18
• 1.3.1 位錯(cuò)變形機(jī)制16
• 1.3.2 形變孿晶機(jī)制16-17
• 1.3.3 晶界滑移和晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)制17-18
• 1.4 金屬材料的強(qiáng)化機(jī)制18-23
• 1.4.1 細(xì)晶強(qiáng)化18-19
• 1.4.2 位錯(cuò)強(qiáng)化19-20
• 1.4.3 固溶強(qiáng)化20-21
• 1.4.4 第二相強(qiáng)化21-23
• 1.5 改善材料塑性的主要方式23-25
• 1.6 大塑性變形方法25-30
• 1.6.1 疊軋法25-26
• 1.6.2 多向鍛造26-27
• 1.6.3 高壓扭轉(zhuǎn)27-28
• 1.6.4 霍普金森壓桿變形28-29
• 1.6.5 表面納米化29-30
• 1.7 材料力學(xué)性能的影響因素30-33
• 1.7.1 層錯(cuò)能31
• 1.7.2 應(yīng)變量31-32
• 1.7.3 變形溫度32-33
• 1.7.4 應(yīng)變速率33
• 1.8 課題研究的內(nèi)容及意義33-36
• 第二章 實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容與步驟36-44
• 2.1 實(shí)驗(yàn)選用的材料及預(yù)處理36
• 2.2 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)36-37
• 2.3 實(shí)驗(yàn)變形工藝37-39
• 2.3.1 軋制工藝37-39
• 2.3.2 霍普金森壓桿變形工藝39
• 2.3.3 表面納米化工藝39
• 2.4 顯微硬度測試39-41
• 2.5 力學(xué)性能測試41
• 2.6 顯微組織分析41-44
• 2.6.1 XRD測試分析41-42
• 2.6.2 金相組織觀察42
• 2.6.3 掃描電鏡分析42-43
• 2.6.4 透射電鏡分析43-44
• 第三章 軋制工藝對(duì)銅鋁鋅合金性能的影響44-54
• 3.1 顯微硬度測試結(jié)果44
• 3.2 拉伸力學(xué)性能44-45
• 3.3 XRD測試結(jié)果45-47
• 3.4 透射電鏡顯微組織分析47-49
• 3.5 軋制工藝變形機(jī)理的分析及討論49-53
• 3.5.1 固溶原子對(duì)材料的影響49-50
• 3.5.2 變形溫度對(duì)材料的影響50-52
• 3.5.3 層錯(cuò)能對(duì)材料的影響52-53
• 3.6 本章小結(jié)53-54
• 第四章 霍普金森壓桿變形對(duì)銅鋁合金性能的影響54-62
• 4.1 拉伸力學(xué)性能54-55
• 4.2 XRD測試結(jié)果55-56
• 4.3 透射電鏡顯微組織分析56-57
• 4.4 變形機(jī)理的分析及討論57-60
• 4.4.1 固溶原子對(duì)材料的影響57-58
• 4.4.2 應(yīng)變速率對(duì)材料的影響58-59
• 4.4.3 層錯(cuò)能對(duì)材料的影響59-60
• 4.5 本章小結(jié)60-62
• 第五章 表面納米化工藝對(duì)銅鋅合金性能的影響62-70
• 5.1 金相組織觀察分析62
• 5.2 顯微硬度測試結(jié)果62-63
• 5.3 拉伸力學(xué)性能63-64
• 5.4 掃描電鏡顯微組織分析64-66
• 5.5 變形機(jī)理的分析及討論66-68
• 5.5.1 應(yīng)變和應(yīng)力對(duì)材料的影響66-67
• 5.5.2 變形溫度對(duì)材料的影響67-68
• 5.5.3 層錯(cuò)能對(duì)材料的影響68
• 5.6 本章小結(jié)68-70
• 第六章 結(jié)論70-72
• 致謝72-74
• 參考文獻(xiàn)74-84
• 附錄 攻讀碩士期間發(fā)表論文目錄84

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 張國福;納米粒子的化學(xué)制備方法及應(yīng)用[J];甘肅高師學(xué)報(bào);2003年02期

2 姚素蘭;;金屬材料強(qiáng)化機(jī)理的探討[J];內(nèi)蒙古農(nóng)牧學(xué)院學(xué)報(bào);1992年02期

3 曹鳳紅;龍思遠(yuǎn);廖慧敏;王宇;夏源明;;高應(yīng)變速率對(duì)擠壓態(tài)AZ61鎂合金力學(xué)行為的影響[J];特種鑄造及有色合金;2009年06期

，

本文編號(hào)：529201