强变形多相纤维复合合金的组织与性能

摘要

通过冷拉拔应变制备了原位纤维相强化的Cu-6％Ag合金，研究了不同应变条件下合金的显微组织和电阻率变化规律，讨论了应变对Cu-6％Ag合金导电性能的影响机制。随应变程度的增加，原始组织中的Cu基体晶粒、不平衡共晶体及次生相粒子最终演变成细密的纤维结构，合金电阻率上升。次生相界面、共晶体与Cu基体界面及位错对电子散射作用程度的变化导致了合金电阻率在不同变形程度范围内有不同的变化规律。当变形超过一定程度后，电阻率升高规律与来自较高Ag含量合金中纤维相尺度进入纳米数量级的界面散射模型相符。
　　考察了Cu-12％Ag合金中Ag析出相对合金性能的影响。通过引入两种不同的热处理制度在Cu-12％Ag中获得不同含量的Ag析出相。通过多种手段系统地观察了Ag析出相的微观结构。Ag析出相与Cu基体的相界面能有效地阻碍位错运动并增强电子散射，因此含有较多Ag析出相的Cu-Ag合金可达到更高的强度和更大的电阻率。
　　通过铸造、预处理及冷拉拔等工艺制备了原位纤维复合Cu-12％Fe合金。观察了显微组织并测量了硬度。试验结果发现等轴铸态Cu及Fe晶粒在拉拔过程中均能演变成密集排列的纤维状.纤维组织轴向的择优取向与径向的择优取向不同。Fe纤维组织尺寸随拉拔应变程度增加呈指数形式下降。随拉拔应变程度增加到6.0，Fe晶粒应变程度呈线性增加，而当拉拔应变程度增加超过6.0后，则Fe晶粒应变程度的增加偏离线性关系。随拉拔过程中Fe纤维的长径比值增加，Cu/Fe相界面密度也呈指数增加。在硬度与纤维间距之间存在一种Hall-Petch关系。因拉拔应变造成的组织细化能够明显地提高硬度，尤其当拉拔应变程度较低时，这种组织细化提高硬度的作用更明显。
　　采用熔铸法结合冷拉拔制备了Cu-6％Ag-6％Fe合金。采用SEM和TEM观察了不同拉拔变形量的合金微观组织以研究合金各相的结构演变。合金铸态组织由Cu基体、初生Fe粒子及共晶体区域等组织组成物组成。冷变形初期，共晶组织主要形态是均匀的直线状纤维束，而初生Fe枝晶演变为条带状纤维，在大变形条件下，两相均演变成细密的纤维丝形态。说明b.c.c.及f.c.c.两种晶体结构的合金相在拉拔应变的复合纤维组织中能够保持相同的应变行为或者两种相在由等轴组织变形流变成纤维组织的过程中应变过程能够保持基本同步。
　　随着合金变形度的升高，位错缠结形成胞状结构，但在应变程度达到6.4以后，位错胞结构失稳逐渐转化为亚晶界，同时形变孪晶数量逐渐增加。合金中Ag相分为共晶体中的层叠状Ag相和Cu基体中的弥散次生Ag相。次生Ag相与Cu基体具有cube-on-cube位相关系，在变形过程中始终与基体保持协调一致，沿形变方向均匀变形，在应交程度达到8.6时，Cu/Ag界面部分转化为共格界面。变形过程中，有少量的Fe颗粒始终保持不变形，这些未变形的Fe颗粒容易导致位错塞积和裂纹萌生处。在界面应力推动下，部分Fe原子固溶进入Cu基体，随着变形度增加，数量增多。
　　在三相纤维原位复合强化的Cu-6％Ag-6％Fe合金中，Cu基体纤维承担主要的电传导功能，Ag与Fe组元均危害电导率，尤其是Fe纤维对电导率的危害要高于Ag纤维。根据并联电路模型推导出了一个能够根据各组织组成物相对量及电导率预测这种原位复合纤维强化合金电导率的表达式。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 具有相同晶体结构双相纤维的Cu-Ag合金的研究

1．3 面心立方Cu纤维与体心立方Fe纤维复合的Cu-Fe合金研究

1．3．1 Cu-Fe形变原位复合材料的制备工艺

1．3．2 Cu-Fe形变原位复合材料的显微组织

1．3．3 Cu-Fe形变原位复合材料的强化机制

1．3．4 Cu-Fe形变原位复合材料的导电机制

1．3．5 热处理对Cu-Fe合金组织和性能的影响

1．4 Cu-Ag-Fe等三元合金的研究现状

1．4．1 Cu-Ag-Fe纤维复合合金的制备

1．4．2 Cu-Ag-Fe纤维复合合金的显微组织

1．4．3 Cu-Ag-Fe纤维复合合金的强化机制

1．4．4 Cu-Ag-Fe纤维复合合金的导电机制

1．4．5 热处理对Cu-Ag-Fe合金组织和性能的影响

1．5 纤维复合界面相关的理论问题研究

1．6 存在问题

1．7 本文主要研究内容

第二章 实验方法

2．1 合金的熔炼与热处理

2．2 合金显微结构的观察分析

2．3 合金力学性能测试

2．4 合金电学性能测试

第三章 强拉拔过程中Cu-6％Ag合金线材的组织原位纤维化及导电特性

3．1 关于显微组织及电学性能的实验结果

3．1．1 不同加工状态的显微组织

3．1．2 电学性能

3．2 界面散射效应与纤维复合组织因素的关系

3．3 本章研究小结

第四章 Ag析出相在Cu-12％Ag合金中的作用

4．1 实验结果

4．1．1 显微组织

4．1．2 力学性能

4．1．3 电学性能

4．2 热处理对纤维相界面及合金中电子散射影响的原因分析

4．3 本章研究小结

第五章 冷变形条件下Cu-12％Fe纤维复合材料组织与性能的演变

5．1 本部分研究缘起

5．2 实验结果

5．2．1 不同应变程度下Cu-12％Fe纤维复合合金的显微组织

5．2．2 不同应变程度下Cu-12％Fe纤维复合合金的组织结构

5．2．3 不同应交程度下Cu-12％Fe纤维复合合金的晶体择优取向

5．2．4 不同应变程度下Cu-12％Fe纤维复合合金的晶体择优取向参数计算

5．2．5 应变程度对Cu-12％Fe纤维复合合金的晶体择优取向的影响

5．2．6 试验合金的硬度变化

5．3 纤维形态及相界面在变形过程中的变化及其对力学性能的影响

5．4 本章研究小结

第六章 Ca-6％Ag-6％Fe合金的微观结构演变和力学及电学性能

6．1 引言

6．2 Cu-6％Ag-6％Fe合金的组织演变

6．2．1 Cu-6％％Ag-6Fe合金组织的组成和形态

6．2．2 Cu-6％Ag-6％Fe合金中的位错

6．2．3 Cu-6％Ag-6％Fe合金中的孪晶

6．2．4 强变形度下Cu-6％Ag-6％Fe合金中Ag相的演变

6．2．5 强变形度下Cu-6％Ag-6％Fe合金中Fe相的演变

6．3 Cu-6％Ag-6％Fe合金的力学性能

6．4 Cu-6％Ag-6％Fe合金的电学性能

6．5 本章研究小结

第七章 结论

参考文献

致谢

个人简历

攻读学位期间取得的科研成果