退火对累积叠轧超细晶纯Cu、纯Al及Cu/Al复合板组织与性能影响的研究

摘要

本实验对超细晶纯铜和纯铝板的退火行为进行了研究。采用累积复合轧制方法依次制备了1道次、3道次和6道次的超细晶纯铜板。分别在350℃、300℃、300℃真空环境下对1道次、3道次、6道次铜板进行了10min到120min不同时间退火处理，并研究了其力学性能变化。使用扫描电镜对不同道次纯铜复合板的组织随退火时间的演变规律进行了研究。采用累积复合轧制方法制备1、3和6道次超细晶纯铝板。在300℃下对不同道次复合板进行不同时间退火处理，同时研究其力学性能演变规律。采用TEM技术对6道次纯铝复合板进行微观组织变化研究。采用累积叠扎+中间退火（定为“IA”）工艺制备的高强Al/Cu复合板材的组织性能及后续退火行为进行了研究。采用2道次轧制+350℃保温30min的加工工艺制备了不同道次的Al-Cu复合板;6道次IA态Al/Cu板经300℃不同时间后续退火处理，分析了其力学性能及XRD演变规律;相关结果同室温累积叠轧态(定为“CR”)Al-Cu复合板进行对比。
　　结果表明:随着退火时间延长，超细晶纯铜板和纯铝板发生不连续再结晶，材料的强度和硬度逐渐下降。随着累积复合轧制道次的增加，超细晶纯铜和纯铝热稳定性均变差。制备样品过程中表面引入于界面附近的硬化层拥有比基体更优的热稳定性，这可能与硬化层中含有片层状纳米晶以及大量变形孪晶有关。
　　对比发现，6道次CR态的抗拉强度为约310MPa，而IA态Al-Cu的抗拉强度则为372MPa，强度值提升了20％。6道次板材等温退火实验过程中，结合界面处均产生Al2Cu、Al4Cu9相;力学性能分析显示，IA态板材的稳定性优于CR态。分析认为，中间退火过程能有效促进Al层与Cu层界面处的原子扩散，提升基面结合;同时降低Al层与Cu层之间的流变应力差，使得Cu层以颈缩为主，这可能是IA态具有更优的热稳定性的原因。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 立题背景和研究目的及意义

1．2 超细晶材料的制备方法

1．2．1 高压扭转法(High Pressure Torsion)

1．2．2 等径角挤压(Equal Channel Angular Pressing，ECAP)

1．2．3 往复挤压(Cyclc Extrusion Compression，CEC)

1．2．4 累积复合轧制(Accumulative Roll Bonding，ARB)

1．3 累积复合轧制

1．3．1 累积复合轧制概述

1．3．2 累积复合轧制板界面剪切应力分布

1．3．3 累积复合轧制板界面结合

1．3．4 累积复合轧制板材的微观结构及性能

1．4 退火对累积复合轧制板材的影响

1．5 研究内容

2 实验材料和实验方法

2．1 实验材料

2．2 多层复合板材的制备

2．2．1 母材的均匀化退火

2．2．2 累积复合轧制

2．2．3 轧制后热处理

2．3 材料的表征与测试

2．3．1 显微硬度测试

2．3．2 室温拉伸性能测试

2．3．3 金相显微组织观察

2．3．4 X射线衍射分析

2．3．5 SEM显微形貌观察

2．3．6 TEM显微组织观察

3 退火对累积复合轧制制备超细晶纯铜的影响

3．1 界面结合观察与分析

3．2 ARB后微观结构分析

3．3 退火对ARB纯铜的影响

3．3．1 退火工艺的确定

3．3．2 退火对ARB纯铜微观形貌影响分析

3．3．3 退火对ARB纯铜力学性能影响分析

3．4 退火后纯铜板拉伸断口分析

3．5 本章小结

4 退火对累积复合轧制制备超细晶纯铝的影响

4．1 微观结构分析

4．2 退火对力学性能影响分析

4．3 退火对微观结构影响

4．4 拉伸断口分析

4．5 本章小结

5 不同ARB工艺制备Cu／AI多层复合板组织和性能比较

5．1 微观组织对比分析

5．2 力学性能对比分析

5．3 退火影响分析

5．3．1 退火对IA态和CR态力学性能影响

5．3．2 退火对队态和CR态界面形态影响

5．4 断口形貌分析

5．5 本章小结

6结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况