论文题目: 形变Cu-Fe原位复合材料
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料加工工程
作者: 葛继平
导师: 杨德新
关键词: 形变原位复合材料,强度,导电性,热稳定性
文献来源: 大连交通大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本博士学位论文研究了采用感应加热熔炼及通过旋转锻、轧制和线拉变形制备形变Cu-Fe原位复合材料的方法。用光学显微镜、SEM、TEM、XRD等实验技术对形变Cu-Fe原位复合材料的Fe纤维形成过程、立体形态及影响因素进行了系统研究和分析。结果指出,Cu-Fe铸态合金由Cu基体和α-Fe组成;在变形过程中,Fe树枝晶发生转动,平行于线轴方向排列;变形先在Fe树枝晶的一端开始,逐渐发展到整个树枝晶。中间热处理有利于Fe树枝晶变形发展成纤维。Fe纤维立体形态为弯曲的薄片状。经测定形变量在η=2.60～9.40范围内Cu相和Fe纤维厚度与形变量之间的定量关系为t=ae-bη,a、b取决于Fe含量、原始树枝晶尺寸和中间热处理等。 用MTS测定了形变Cu-Fe原位复合材料的强度,结果指出,强度随形变量增加而提高,Fe含量高,其强度也高。强度高于混合规则计算值。分析了其强化机理,认为是界面作用的结果。强度与Cu相厚度tCu呈Hall-Petch关系式,可用几何协调位错强化模型和界面位错源强化模型描述。 用四点法测定了形变Cu-Fe原位复合材料的电阻率,结果发现电阻率与Fe含量、形变量和中间热处理等有关。合金Fe含量越高,形变量越大,电阻率越高。中间热处理能促进Fe从Cu基体中析出,有效地提高其导电性。分析了导电性机理,认为主要是界面散射电阻率和杂质散射电阻率的作用。Fe溶入Cu基体中导致大的杂质散射电阻率,提高导电性的核心是降低Fe在Cu基体中的溶解度。建立了电阻率和微观组织之间的关系,计算值和实验结果吻合得较好。 用SEM观察了加热过程中Fe纤维的形态变化,测定了Fe纤维断开的有关数据,并进行了数值模拟。结果指出,Fe纤维形状从片状到颗粒状变化有三种历程:直接柱状化→Rayleigh扰动;直接边缘球化;晶界分裂→柱状化→Rayleigh扰动。并分析了其计算模型,经比较,计算值和实验结果具有很好的一致性。 通过对强度和电导率的综合分析,提出了获得最佳结合的解决方案,并对进一步研究提出了建议。
论文目录:
中文摘要
英文摘要
第一章 绪论
1.1 背景及意义
1.1.1 选题背景
1.1.2 研究的目的意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 高强度高导电性材料发展现状
1.2.2 形变Cu基原位复合材料研究现状
1.2.3 存在的问题和发展趋势
1.2.4 纯Cu和纯Fe基本参数及Cu-Fe相图
1.3 本课题的研究目标、内容及解决的技术关键问题
1.3.1 研究目标和内容
1.3.2 解决的主要关键问题
1.3.3 论文章节安排
1.4 本章小结
第二章 实验材料与方法
2.1 实验材料
2.2 实验方法
第三章 微观组织结构
3.1 实验结果
3.1.1 光学显微组织
3.1.2 SEM观察及EDX分析
3.1.3 透射电镜分析(TEM)
3.1.4 X射线衍射分析(XRD)
3.1.5 Fe纤维定量分析
3.2 讨论
3.2.1 Fe在Cu基体中的溶解与析出
3.2.2 形变Cu-Fe原位复合材料的组织结构特征
3.2.3 Fe纤维定量分析
3.3 本章小结
第四章 力学性能
4.1 实验结果
4.1.1 显微硬度
4.1.2 拉伸曲线
4.1.3 杨氏模量
4.1.4 强度
4.1.5 断口分析
4.2 讨论
4.2.1 时效处理时力学性能的变化
4.2.2 杨氏模量
4.2.3 强度
4.3 模型与预测
4.3.1 基体相(Cu)强化机理及模型
4.3.2 Fe纤维强化机理及模型
4.3.3 形变Cu-Fe原位复合材料界面强化机理及模型
4.3.3.1 位错扩展强化模型(Dislocation Propagation Strengthening Model)
4.3.3.2 几何协调位错强化模型(Geometrical Necessary dislocation Model)
4.3.3.3 界面位错源强化模型(Interface as Dislocation Source)
4.3.3.4 位错环机理(Mechanism of dislocation loops)
4.3.4.数值计算结果
4.3.4.1 混合规则
4.3.4.2 织构强化
4.3.4.3 位错扩展强化模型
4.3.4.4 几何协调位错强化模型
4.3.4.5 界面位错源强化模型
4.3.4.6 位错环强化机理
4.3.5 讨论
4.4 本章小结
第五章 电阻
5.1 实验结果
5.1.1 原始合金
5.1.2 变形态
5.1.3 热处理状态
5.2 讨论
5.2.1 未变形Cu-Fe合金电阻率
5.2.2 形变Cu-Fe合金线电阻率
5.3 模拟计算
5.3.1 纯Cu和纯Fe
5.3.2 未变形Cu-Fe合金
5.3.3 形变Cu-Fe原位复合材料
5.4 本章小结
第六章 热稳定性
6.1 实验结果
6.1.1 加热时性能变化
6.1.2 加热时组织变化
6.2 讨论
6.2.1 性能的热不稳定性
6.2.2 Fe纤维不稳定性形式
6.3 模型与数值计算
6.3.1 模型
6.3.2 数值计算
6.4 本章小结
第七章 讨论
7.1 强度与电导率
7.2 强度、电导率与Fe纤维间距的关系
7.3 结果比较与展望
7.3.1 结果比较
7.3.2 展望
7.4 本章小结
结论
参考文献
符号说明
创新点摘要
攻读学位期间发表的论文目录
攻读博士学位期间待发表的论文目录
致谢
发布时间: 2005-10-26
参考文献
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- [10].高强高导形变Cu-Fe-Ag原位复合材料制备技术基础[D]. 高海燕.上海交通大学2007
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