本文關鍵詞：不同實驗參數(shù)下表面機械研磨對純銅組織及力學性能的影響

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【摘要】：近年來,大塑形變形技術被廣泛的研究與應用在各種金屬合金中,這項技術能顯著提高材料的強度,然而經(jīng)過大塑形變形的金屬一般都有塑性較差的缺陷。本課題利用表面機械研磨技術在純銅表面成功制備出梯度納米結構層,晶粒由表面至芯部逐漸變大,芯部為粗晶結構。在這種特殊結構下,材料強度提高的同時塑形仍有較大保留。本課題選取4種不同的實驗時間：1 min、5 min、15 min、30 min,兩種不同溫度：室溫、液氮,以及5種不同樣品厚度：1 mm、2 mm、3 mm、4 mm、5 mm,研究不同實驗參數(shù)下表面機械研磨處理對純銅組織及力學性能的影響。利用顯微硬度儀器、拉伸試驗機分析樣品的硬度及拉伸性能,發(fā)現(xiàn)所有樣品表面均出現(xiàn)硬度梯度,表面硬度顯著提高,不同的實驗條件下樣品的拉伸性能存在一定差異。在一定范圍內(nèi),降低實驗溫度、增加實驗時間、降低樣品厚度都能有效提高樣品的強度。比較各種樣品的力學性能,從而確定強度與塑性配合良好的工藝參數(shù)；利用金相顯微鏡、SEM對樣品的顯微組織進行觀察,發(fā)現(xiàn)表面機械研磨處理的樣品表層晶粒大小呈梯度變化與硬度觀察結果一致。室溫下處理的樣品存在一定動態(tài)回復與動態(tài)再結晶,這可能是由于表面納米化過程中,鋼球高速撞擊純銅表面形成大量熱量導致的。液氮下處理的樣品中變形層存在大量孿晶,這是由于低溫下位錯運動受到抑制,使塑性變形過程中更容易發(fā)生孿生；利用XRD分析樣品的晶粒尺寸、位錯密度及孿晶密度,結果顯示液氮下處理的樣品,晶粒尺寸比室溫樣品小,位錯密度及孿晶密度都比室溫下處理的樣品高,與顯微組織觀察結果一致,表明低溫下表面機械研磨處理的強化效果更顯著。在實驗過程當中,還發(fā)現(xiàn)了一些奇特現(xiàn)象。通過對材料拉伸曲線的仔細分析,發(fā)現(xiàn)了屈服峰現(xiàn)象,這一現(xiàn)象在合金中比較常見,在純金屬中很少出現(xiàn),并通過應變速率及可動位錯密度關系式ε=bηv解釋了這一現(xiàn)象。同時研究表明材料中存在一定額外加工硬化,我們通過原位拉伸觀察發(fā)現(xiàn),樣品的表面梯度結構層與芯部粗晶層發(fā)生塑性形變的時間不同,導致材料產(chǎn)生了一定的應力應變梯度,這種梯度有利于幾何必須位錯的堆積,從而產(chǎn)生了額外加工硬化。
【關鍵詞】：純銅 液氮 表面機械研磨 力學性能 顯微組織
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-27
• 1.1 納米材料簡介12-14
• 1.1.1 納米材料的特性12-13
• 1.1.2 納米材料的應用13-14
• 1.2 表面納米化14-18
• 1.2.1 表面沉積或涂層14-15
• 1.2.2 表面自身納米化15-17
• 1.2.3 混合方式17-18
• 1.3 梯度納米結構18-20
• 1.3.1 梯度納米結構的特點18-20
• 1.4 變形條件對材料的影響20-21
• 1.4.1 變形溫度20
• 1.4.2 應變速率20-21
• 1.4.3 應變量21
• 1.5 不同層錯能的塑性變形方式21-23
• 1.5.1 低層錯能金屬的塑性變形方式22
• 1.5.2 中等層錯能金屬的塑性變形方式22
• 1.5.3 高層錯能金屬的塑性變形方式22-23
• 1.6 材料強化的主要方式23-24
• 1.6.1 細晶強化23-24
• 1.6.2 固溶強化24
• 1.6.3 第二相強化24
• 1.6.4 位錯強化24
• 1.7 屈服峰現(xiàn)象24-25
• 1.8 課題研究內(nèi)容及意義25-27
• 1.8.1 主要內(nèi)容25-26
• 1.8.2 研究意義26-27
• 第二章 實驗內(nèi)容及步驟27-37
• 2.1 實驗方案設計27-28
• 2.2 實驗樣品的準備28-29
• 2.2.1 原材料的軋制28
• 2.2.2 退火28-29
• 2.2.3 表面機械研磨(SMAT)29
• 2.3 顯微硬度測試29-31
• 2.4 軸向拉伸力學性能測試31-32
• 2.5 顯微組織觀察32-35
• 2.5.1 金相顯微鏡觀察32-34
• 2.5.2 掃描電子顯微鏡(SEM)觀察34
• 2.5.3 透射電子顯微鏡(TEM)觀察34-35
• 2.6 掃描電鏡原位拉伸實驗35
• 2.7 XRD測試35-37
• 第三章 實驗結果與討論37-71
• 3.1 顯微硬度37-40
• 3.1.1 室溫下表面機械研磨樣品的硬度37-38
• 3.1.2 液氮下表面機械研磨樣品的硬度38-39
• 3.1.3 不同溫度對表面機械研磨樣品硬度的影響39-40
• 3.1.4 小結40
• 3.2 拉伸性能40-52
• 3.2.1 室溫下表面機械研磨樣品的拉伸性能40-46
• 3.2.2 液氮下表面機械研磨樣品的拉伸性能46-49
• 3.2.3 不同溫度對表面機械研磨樣品拉伸性能的影響49-51
• 3.2.4 強度-塑性配合51
• 3.2.5 小結51-52
• 3.3 梯度結構對材料的影響52-60
• 3.3.1 協(xié)同強化52-53
• 3.3.2 額外的加工硬化53-56
• 3.3.3 屈服峰現(xiàn)象56-60
• 3.3.4 小結60
• 3.4 顯微組織分析60-71
• 3.4.1 金相觀察60-65
• 3.4.2 SEM觀察65-67
• 3.4.3 聚焦離子束(Focused Ion beam-FIB)67-68
• 3.4.4 XRD分析68-70
• 3.4.5 TEM觀察結果70-71
• 第四章 結論與展望71-75
• 4.1 結論71-72
• 4.2 展望72-75
• 致謝75-77
• 參考文獻77-85
• 附錄：攻讀碩士學位期間發(fā)表論文85

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 熊天英,劉志文,李智超,吳杰,金花子,李鐵藩;超音速微粒轟擊金屬表面納米化新技術[J];材料導報;2003年03期

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3 卑多慧,呂堅,顧劍鋒,盧柯,潘健生;表面納米化預處理對低碳鋼氣體滲氮行為的影響[J];金屬熱處理學報;2002年01期

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本文編號：989045