Cu基原位变形复合材料的组织性能及加工工艺研究

摘要

本文用原位变形法制备了Cu-16Fe、Cu-14.5Fe-1.5Cr、Cu-12Cr和Cu-16Cr四种成分的复合材料，运用光学金相分析(OM)、扫描电镜分析(SEM)、电子束微区分析(EDAX)等多种分析和测试手段，较为系统地研究了预变形、最终变形利热处理后复合材料的组织以及第二相的成分、形貌、大小及分布。并通过对硬度、强度和电导率的测试，比较了不同的形变和热处理工艺对复合材料综合性能的影响。 经过适当的形变加工后，复合材料中的Fe相和Cr相由枝晶状形成沿伸长方向的纤维状结构。相对于冷轧制，冷拉拔可获得更大的应变量。应变量越大，纤维长度增加，同时间距和宽度减小，分布也趋于均匀。最终拉拔态的纤维宽度在200nm左右。形变过程中产生的加工硬化使原位复合材料的抗拉强度升高，导电性和塑性大幅下降。强度与第二相纤维间距之间基本遵循Hall-Petch关系。应变量越大，强度越高，导电性和塑性越低。第二相含量越高，强度越高，导电性越低。 少量Cr的加入使Cu-Fe系复合材料的抗拉强度在较大应变量下有一定程度的提高，同时改善了复合材料的导电性。而Cu-16Cr中由于Cr含量很高，脆硬的Cr相会导致复合材料表面质量和加工性能的恶化。 在形变加工过程中，对Cu-Fe系复合材料采用数次450℃/2h的中间退火处理，能消除加工硬化，恢复复合材料塑性变形的能力，有利于后续的形变加工，并减小对导电性的不利影响。同时，也促进了铜基体中固溶Fe、Cr原子的析出，使复合材料导电性进一步提高。 对复合材料形变后热处理工艺的研究表明，铜基体发生了同复和再结晶，复合材料抗拉强度有不同程度的下降，延伸率显著提高。退火温度提高使再结晶速度加快，力学性能变化的幅度更大。退火后从基体中析出了细小的Fe相和Cr相颗粒，分布比较均匀，Cu-Fe系和Cu-Cr系复合材料的导电性得到明显改善。热处理工艺的选择对导电性有重要的影响。Cu-16Fe在高于500℃的温度下长时间退火时，电导率出现下降的趋势；Cu-14.5Fe-1.5Cr在550℃保温7h后达到峰值72.0％IACS；Cu-12Cr在500℃保温7h后电导率达到最大；Cu-16Cr在450℃退火，电导率随保温时间的延长而持续上升，在500℃保温2h后电导率开始趋于稳定，在550℃保温1.5h时即达到峰值76.9％IACS。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1铜及铜合金概述

1.1.1铜的性能特征

1.1.2铜合金的发展与应用

1.2制备高强高导铜合金的主要技术

1.2.1合金化法

1.2.2复合材料法

1.3铜基原位变形复合材料的研究进展

1.3.1主要应用领域

1.3.2设计原理(第二相元素X的选择)

1.3.3制备工艺

1.3.4铜基原位变形复合材料的研究动态

1.4本论文的研究目的及主要内容

参考文献

第二章实验过程及研究方法

2.1工艺路线

2.2复合材料的成分设计

2.3复合材料的制备

2.3.1原材料准备

2.3.2熔炼和浇铸

2.4形变加工和热处理工艺

2.4.1热轧+冷轧+中间热处理

2.4.2热挤压+冷拉拔+热处理

2.5室温性能测试

2.5.1硬度测试

2.5.2室温拉伸性能测试

2.5.3导电性能测试

2.6复合材料的组织和成分分析

2.6.1金相显微分析

2.6.2高倍显微分析

参考文献

第三章形变工艺对复合材料显微组织和性能的影响

3.1形变工艺概述

3.1.1热变形

3.1.2冷变形和热处理

3.2轧制工艺对Cu-16Fe复合材料组织和性能的影响

3.2.1轧制变形对F16z显微组织的影响

3.2.2轧制变形对F16z性能的影响

3.3热挤压、冷拉拔及中间热处理工艺对复合材料显微组织的影响

3.3.1复合材料的成分设计

3.3.2 Cu-Fe系复合材料的显微组织

3.3.3 Cu-Cr系复合材料的显微组织

3.4热挤压、冷拉拔及中间热处理工艺对复合材料性能的影响

3.4.1 Cu-Fe系复合材料形变过程中的性能变化

3.4.2 Cu-Cr系复合材料形变过程中的性能变化

3.5分析与讨论

3.5.1铜及体心立方金属的形变机制

3.5.2形变及中间退火后复合材料组织的变化

3.5.3铜基原位变形复合材料的形变特性

3.5.4形变后复合材料抗拉强度的变化及强化机理

3.5.5形变后复合材料导电性能的变化及影响因素

3.6本章主要结论

参考文献

第四章热处理工艺对复合材料显微组织和性能的影响

4.1热处理工艺概述

4.2退火处理对形变后复合材料性能的影响

4.2.1 Cu-Fe系复合材料退火后性能的变化

4.2.2 Cu-Cr系复合材料退火后性能的变化

4.3退火处理对形变后复合材料显微组织的影响

4.3.1 F16s复合材料退火后的SEM组织

4.3.2 FC复合材料退火后的SEM组织

4.3.3 C12复合材料退火后的SEM组织

4.4分析与讨论

4.4.1退火处理对复合材料力学性能和显微组织的影响

4.4.2退火处理后复合材料导电性的改善

4.4.3与国内外相关研究的比较

4.5本章主要结论

参考文献

第五章结论

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文