Cu基原位变形复合材料的组织性能及加工工艺研究

论文题目: Cu基原位变形复合材料的组织性能及加工工艺研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 材料加工工程

作者: 陈曦

导师: 薛烽

关键词: 铜基原位复合材料,形变工艺,热处理,强度,导电性

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 铜基复合材料因为兼有优良的力学性能和导电性能,近年来受到国内外的广泛关注,在高脉冲磁场导体、电力机车架空导线、集成电路引线框架等多个领域有着良好的发展前景。但目前国内此种材料的研究和生产与发达国家相比还有很大的差距,因此,我国自行研究和开发潜力大、成本低、适合规模化生产的高强高导铜基复合材料,具有重大的现实意义。为此,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、最终变形和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,铜基体发生了回复和再结晶,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。

论文目录:

摘要

Abstract

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F16_Z显微组织的影响

3.2.2 轧制变形对F16_Z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 F16_s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

发布时间: 2007-06-11

参考文献

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