层错能对铜及铜合金强塑性影响的研究

论文摘要

铜及铜合金在人类社会发展中作出了很大的贡献,并被广泛应用到我们的生活中。随着科技的发展,人们对材料性能的要求越来越高,对铜合金的性能也提出了更高的要求。可通过很多技术来提高铜合金的性能,如：大塑性变形、高能球磨法等。也还可以通过加入适量合金元素来降低层错能,从而使材料的性能提高。本实验选取Cu-Ge,Cu-Al-Zn和Cu-Mn合金。对这些样品分别进行了金相组织观察,显微硬度测试,X射线衍射（XRD）测试和拉伸试验,通过对实验结果的分析,来评价样品的力学性能,从层错能的角度,来讨论晶粒尺寸与硬度的变化,并探索样品的微观变形机理。实验所用材料的层错能分别为：Cu为78 mJ/m2；Cu-0.1 wt.%Ge为54 mJ/m2；Cu-5.7 wt.%Ge为15 mJ/m2。XRD测定显示在一定范围内随着Ge元素的增加层错能减少,导致微晶尺寸减少,微应变增加。在拉伸实验中,层错能减少,强度和韧性增加。在金相实验中,可看到晶粒发生细化,并沿变形方向伸长。利用高能球磨的方法制备铜铝锌合金化粉末,用X射线衍射方法分析粉末的显微组织结构。测试了不同球磨时间和不同层错能的铜铝锌三元合金的力学性能。研究了在相同的层错能情况下,不同成分和制备工艺对铜合金力学性能的影响。结果表明：随球磨时间的延长和层错能的降低,粉末逐渐细化,晶格畸变越来越大；同时随着球磨时间的延长和层错能的降低,Cu-Al-Zn三元合金样品的显微硬度呈上升趋势。伴随球磨时间变化的显微硬度与晶粒尺寸之间也符合正Hall-Petch关系。与此相反,对成分为Cu, Cu-2.87 wt.％Mn, Cu-4.40 wt.％Mn Cu-10.19wt.%Mn进行冷锻,但是Cu-Mn合金力学性能和Cu-Ge合金表现的几乎一致,随着Mn元素的增加材料的强韧性提高,但它的层错能几乎不变。晶粒随着Mn元素的增加而减小,位错密度和孪晶密度增加。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 金属材料的强化机制
• 1.2.1 细晶强化
• 1.2.2 固溶强化
• 1.2.3 位错强化
• 1.2.4 沉淀相颗粒强化
• 1.3 强化机制与材料塑性的关系
• 1.3.1 位错强化与塑性和韧性
• 1.3.2 固溶强化与塑性
• 1.3.3 细化晶粒与塑性
• 1.3.4 孪晶强化与塑性
• 1.4 面心立方金属的变形孪晶的理论基础
• 1.4.1 面心立方粗晶的孪生机制
• 1.4.2 晶粒尺寸和堆垛层错能对面心立方金属变行孪晶的影响
• 1.5 大塑性变形方法
• 1.5.1 高压扭转
• 1.5.2 等径角挤压
• 1.5.3 等反复折皱—压直法
• 1.5.4 表面纳米化
• 1.5.5 轧制与锻造
• 1.6 机械合金化
• 1.7 课题研究内容及意义
• 第二章 实验的内容与步骤
• 2.1 实验试样的制备
• 2.2 铜锗合金的轧制
• 2.3 铜锰合金的锻造
• 2.4 高能球磨
• 2.5 试样的退火
• 2.6 金相组织观察
• 2.6.1 金相试样的制备
• 2.6.2 金相观察
• 2.7 金属硬度检测技术
• 2.7.1 微维氏硬度检测方法
• 2.7.3 微维氏硬度计算公式
• 2.7.4 微硬度检测其它注意事项
• 2.8 XRD检测
• 2.9 力学性能实验
• 2.10 扫描电镜分析
• 第三章 实验结果及分析
• 3.1 冷轧Cu-Ge合金实验结果及分析
• 3.1.1 铜锗合金金相显微组织的分析
• 3.1.2 铜锗合金显微硬度的分析
• 3.1.3 XRD结果及分析
• 3.1.4 冷轧铜锗合金的拉伸实验
• 3.1.5 扫描电镜结果分析
• 3.2 机械合金化制备Cu-Al-Zn合金的力学性能
• 3.2.1 球磨时间对晶粒尺寸与晶格畸变的影响
• 3.2.2 显微硬度与层错能
• 3.2.3 Hall-Petch关系
• 3.2.4 金相组织观察结果分析
• 3.3 冷锻Cu-Mn合金实验结果分析
• 第四章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士期间发表论文目录