铝铜双金属拉拔复合工艺的研究

论文摘要

目前的家用电器、各种机械、输送机和日用品领域内,以节能、节省资源等为出发点,不断向制品轻量化、经济化、高性能化发展。因此,对基础材料的要求也随之多样化、高级化,原有的铝或铜等单一材料已经不能与此相适应,客观上迫切需求能有大幅度超过上述材料特性和功能的新材料问世。本文设计了一套可用于万能拉伸机上的拉拔装置和拉拔模具,采用拉拔和旋压两种工艺成形不同规格的铝铜复合棒材;探讨了不同工艺参数的变化特点;并研究了热处理工艺对铝铜棒性能和组织的影响。实验结果表明,本课题设计的拉拔装置和拉拔模具能够实现铝铜棒材的拉拔复合。采用表面处理—旋压前端—旋压后端—拉拔—扩散退火等工艺制备不同规格的铝铜复合棒材其组织性能良好,表面光洁度高。对拉拔复合工艺参数进行分析发现,随着拉拔速度的增加,拉拔力总体呈现上升趋势。变形量的增大会导致拉拔力增加,同时也提高了铝铜复合的结合强度和铝铜间的扩散程度。铜管的壁厚对铝铜拉拔复合工艺产生不同的影响,壁厚越厚越不利于拉拔复合成形,越薄则会导致拉拔缺陷,铜管壁厚选取0.6mm为最佳。在低温扩散退火阶段,随着温度和时间的增加,铝铜界面的结合强度先增加后减小,最大结合强度可以达到15.2kN·m-1。从结合界面的形貌观察和成分分析可知结合界面逐渐由韧性撕裂转变为脆性撕裂。因此,低温退火的最佳热处理工艺为250～350℃保温1～2h。在高温扩散退火阶段,随着温度和时间的增加,铝铜界面的结合强度逐渐下降,其结合强度处于低温300～350℃退火的界面结合强度之间,最大结合强度为11.8kN·m-1。从成分分析和形貌观察上可以看出,在高温阶段铝铜原子间扩散非常迅速,形成完全不同于低温退火的形貌,但同时也增大了金属间化合物的形成速率,导致结合强度的下降。因此,高温退火的最佳热处理工艺为560～580℃保温3～6min。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 复合材料
• 1.2.1 复合材料概况
• 1.2.2 复合材料的定义
• 1.2.3 复合材料的历史
• 1.2.4 复合材料的分类
• 1.2.5 复合材料的重要作用
• 1.2.6 复合材料的发展及应用
• 1.2.7 复合材料的发展展望
• 1.3 金属基复合材料
• 1.3.1 金属基复合材料概况
• 1.3.2 金属基复合材料的分类
• 1.3.3 金属基复合材料的特性及应用
• 1.3.4 双金属复合材料的特性及应用
• 1.3.5 金属基复合材料的发展现状
• 1.3.6 金属基复合材料的生产工艺
• 1.3.7 影响复合效果的工艺因素
• 1.3.8 双金属复合机理理论
• 1.4 铜铝层状复合材料
• 1.4.1 铜铝的性质
• 1.4.2 铜铝复合的现状
• 1.5 拉拔工艺简介
• 1.5.1 拉拔的概念
• 1.5.2 拉拔的发展历史
• 1.5.3 拉拔的分类
• 1.5.4 拉拔的特点
• 1.6 课题的研究内容与意义
• 1.6.1 课题的研究意义
• 1.6.2 课题主要的研究内容
• 第二章 实验条件及方案
• 2.1 实验准备
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验设备
• 2.2 实验方案
• 2.2.1 表面处理
• 2.2.2 旋压
• 2.2.3 拉拔
• 2.2.4 扩散退火
• 2.2.5 力学性能检测
• 2.2.6 扫描电镜分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 拉拔模具及工艺的设计
• 3.1 拉拔装置的设计
• 3.2 拉拔模具的设计
• 3.2.1 模具材料的确定
• 3.2.2 拉拔配模设计准则
• 3.2.3 拉拔模具的特点
• 3.2.4 拉拔模具设计
• 3.3 拉拔工艺的设计
• 3.3.1 铝铜拉拔工艺初探
• 3.3.2 铝铜拉拔工艺改进
• 3.4 拉拔润滑
• 3.5 本章小结
• 第四章 工艺参数分析
• 4.1 拉拔速度
• 4.2 变形量
• 4.2.1 变形量对拉拔力的影响
• 4.2.2 变形量对铝铜结合强度的影响
• 4.2.3 变形量对结合界面的影响
• 4.3 铜管壁厚
• 4.4 拉拔工艺对铝铜复合界面的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 铜铝拉拔复合扩散退火工艺的研究
• 5.1 退火实验方法
• 5.2 低温扩散退火
• 5.2.1 力学性能测试及分析
• 5.2.2 低温扩散退火对复合界面形态的影响
• 5.2.3 低温扩散退火对界面成分的影响
• 5.2.4 低温扩散退火对界面撕裂形貌的影响
• 5.3 高温扩散退火
• 5.3.1 力学性能测试及分析
• 5.3.2 高温退火对复合界面形态的影响
• 5.3.3 高温退火对复合界面成分的影响
• 5.3.4 高温退火对界面撕裂形貌的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢