Cu-Al共析体系合金的ECAP研究

摘要

块体纳米晶材料的高强度低塑性缺陷已成为限制其工程应用的主要问题。2002年，Y.M.Wang等人在《Nature》上撰文介绍了在液氮温度下通过大变形量轧制+短时退火的方法获得了晶粒尺寸双峰分布的纳米结构纯铜，在保持纳米铜高强度的同时有效改善了塑性，表明了通过晶粒尺寸双峰分布(Bimodal)组织解决块体纳米晶材料的高强度低塑性的可能性。另一方面，Chokshi等人在电沉积纳米晶镍退火获得的双峰分布组织中得到完全不同的结果。这与金属材料加工过程中混晶组织的出现会严重恶化材料力学性能的传统认识是一致的。而作为一种典型的混晶组织，晶粒尺寸双峰分布却对性能起到了改善作用，说明不能对混晶组织一概而论，而应对其组织中两种不同晶粒尺寸的分布参数进行深入系统的分析。而要做到这一点，首先要能制备出组织参数可控的双峰分布组织。前人工作中的部分退火法很难做到这一点。 本文建立一种新的方法，通过合金成分设计+相变处理+剧烈塑性变形+退火的组合，在铜铝共析体系双相合金中成功实现了组织参数(微米晶相的体积分数、分布间距等)在一定程度上可控的双峰分布组织，初步探讨了它们和力学性能的关系，验证了双峰分布思路的可行性。研究结果表明：在Cu-Al共析体系合金中通过等径角变形+退火的工艺组合获得了微米晶先共析相+超细晶共析基体的晶粒尺寸双峰分布复合组织；Cu-10.8wt.％Al(2-3k/min)在300℃ECAP+450℃退火的工艺后，微米晶先共析相尺寸大约为5.5μm左右，超细晶共析相尺寸大约为400nm左右，得到了晶粒尺寸双峰分布组织。并且这一双峰分布组织材料的确有效改善了其原来的的高强低塑现象，在牺牲少量的强度的前提条件下，塑性延伸率有了明显提高，并且提高的幅度在实验范围内随着微米晶先共析相体积分数的增加而增大；在体积分数一定的前提下(40％)，微米晶先共析相分布越弥散、尺寸越小时，合金塑性提高越明显，并且强度也有所提高。Cu-10.8％A1(50-60k/min)在等径角变形+500℃退火后均匀塑性延伸率达到7％，抗拉强度为770MPa。

目录

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第一章绪论

1.1文献综述

1.1.1块体纳米材料的高强低塑现象

1.1.2块体纳米材料的低塑性现象及产生原因

1.1.3解决块体纳米材料高强低塑现象的途径

1.2课题研究内容和意义

第二章实验材料和方法

2.1实验材料

2.2实验方法

2.3实验过程

2.3.1变形前热处理

2.3.2等径角变形(ECAP)

2.3.3变形后退火处理

2.4显微组织分析和力学性能测试

2.4.1显微组织分析

2.4.2力学性能测试

第三章实验结果与分析

3.1热处理实验结果分析

3.2 ECAP变形及退火实验结果分析

3.3力学性能测试实验及结果分析

3.3.1 ECAP+退火后获得的bimodal结构材料的力学性能

3.3.2微米晶先共析相体积分数对力学性能的影响

3.3.3微米晶先共析相的尺寸和分布对力学性能的影响

3.4纳米压痕实验结果及分析

3.4.1纳米压痕技术理论基础简介

3.4.2纳米压痕实验测量原理

3.4.3纳米压痕实验结果与分析

第四章结论

致 谢

参考文献：