纤维相增强Cu-Ag合金的显微组织及力学和电学性能

论文题目: 纤维相增强Cu-Ag合金的显微组织及力学和电学性能

论文类型: 博士论文

论文专业: 材料加工工程

作者: 张雷

导师: 孟亮

关键词: 合金,冷拉拔,热处理,纤维相复合,显微组织,力学性能,电学性能,合金化,稀土元素

文献来源: 浙江大学

发表年度: 2005

论文摘要: 由于纤维相复合强化Cu-Ag合金具有高强度和高电导率的优良性能,因而在强磁场磁体线圈等对导体材料性能要求苛刻的领域具有广泛应用前景。国际上目前针对这种合金的加工工艺、合金化规律、显微组织演变、力学性能与电学性能变化、纤维强化相形成过程、纳米效应的影响以及强化和电传导模型等各方面展开了广泛的研究。本文在紧密跟踪国际研究进展的基础上,采用强拉拔应变和中间热处理工艺,制备了双相纤维复合强化的Cu-Ag合金,对不同Ag含量合金中纤维相的形成规律和特点进行了研究,测定了显微组织演变过程中材料力学和电学性能,建立了纤维化过程与材料宏观性能之间的关系,探讨了纳米效应形成条件和作用机制,建立了相关分析模型。另外,通过添加Cr及稀土元素等第三组元,研究了微合金化对显微组织纤维化过程中的作用,同时探讨了不同热处理条件对纤维组织和材料性能的影响规律。本文研究所得主要结论如下: 在冷拉拔及中间热处理过程中,Ag含量较高的合金中网状共晶组织逐渐形成紧密排列的纤维束形态,中等Ag含量合金中逐渐形成共晶体纤维束及次生Ag纤维,Ag含量较低的合金中形成包含少量共晶纤维和大量次生Ag纤维的纤维束结构。共晶体纤维束内部缺陷以亚晶界为主,随应变程度的增加亚晶界转变为小角晶界甚至大角晶界。强烈应变条件下两相纤维轻微转动或晶界局部扭曲。Cu基体晶粒内部包含位错胞结构,胞壁随应变的增加或晶粒尺寸的减小逐渐转变为亚晶界。纤维晶粒中位错密度随晶粒直径的减小而降低,并在一定应变条件下形成形变孪晶结构。Cu基体中次生Ag纤维一般位于位错胞壁或亚晶界上,在变形程度较大时通过界面错配位错调节与基体的应变差异。在强烈应变阶段,Cu基体与共晶纤维之间的界面结构由于晶粒间沿界面的相互滑动而发生改变,形成界面错动或微晶过渡层等结构。共晶纤维束结构可使合金在变形过程中保持较高应变强化率并维持较高电导率水平,在强烈应变条件下具有纳米尺度的共晶纤维束结构可进一步提高合金强度并明显降低电导率。合金中大量存在的次生Ag纤维在中低应变阶段也可显著提高合金应变强化率并降低电导率,但在强烈应变阶段对强度和电导率的影响减弱。具有纤维结构的合金在一定变形程度范围内或当纤维束间距大于一定尺度时,抗拉强度随相界或晶界间距的变化类似于Hall-Petch关系,强化效应与位错塞积机制有关;当变形超过一定程度或纤维束间距小于一定尺度时,合金应变强化

论文目录:

第一章绪论

1.1 Cu-Ag合金的研究背景

1.1.1 Cu基双相纤维复合材料

1.1.2 Cu-Ag合金在强磁场中的应用

1.1.3 Cu-Ag合金在其它领域的应用前景

1.2 Cu-Ag合金研究现状

1.2.1 Cu-Ag合金组织结构

1.2.2 纤维复合Cu-Ag合金的制备

1.2.3 Cu-Ag合金力学性能及电学性能

1.2.4 强化机理及模型

1.2.5 导电机制及模型

1.3 Cu-Ag合金纤维组织纳米化及其行为

1.3.1 纳米晶金属材料的强度及应变强化

1.3.2 纳米晶金属材料的变形机理

1.4 Cu-Ag合金研究中存在的问题与发展方向

第二章实验方法

2.1 Cu-Ag合金的成分设计

2.2 纳米纤维复合Cu-Ag合金的制备

2.3 Cu-Ag合金显微组织的观察和分析

2.4 Cu-Ag合金力学和电学性能的测试

第三章 Cu-Ag合金纤维组织纳米化

3.1 Ag含量对Cu-Ag合金显微组织的影响

3.1.1 不同Ag含量的Cu-Ag合金铸态组织

3.1.2 铸态组织在热处理过程中的变化

3.1.3 Ag含量对Cu-Ag合金小变形组织的影响

3.2 Cu-24％Ag合金纤维结构

3.3 Cu-12％Ag合金纤维结构的形成及演变

3.3.1 Cu-12％Ag合金原始组织结构

3.3.2 Cu-12％Ag合金纤维组织的形成

3.3.3 Cu-12％Ag合金纳米纤维组织的细化

3.3.4 Cu-12％Ag合金纤维在强应变过程中的演变

3.4 Cu-Ag合金纤维结构的演变及塑性变形机制

3.4.1 Cu-Ag合金共晶纤维晶粒的形态演变

3.4.1.1 Cu-Ag合金纤维晶粒中的Moiré条纹

3.4.1.2 合金共晶纤维晶粒在应变过程中的径向分裂

3.4.1.3 合金共晶纤维晶粒在应变过程中轴向结构的演变

3.4.1.4 共晶纤维束的结构演变模型

3.4.2 Cu基体的组织形态演变

3.4.2.1 合金基体组织中的位错结构

3.4.2.2 合金基体组织中的孪晶结构

3.4.2.3 合金基体组织中的次生Ag纤维

3.4.3 纤维晶粒强烈应变后的界面结构

3.4.3.1 纤维晶粒的微结构

3.4.3.2 晶粒滑动造成的界面结构

3.4.3.3 纤维晶粒间的过渡层结构

3.4.3.4 界面附近的微裂纹

3.5 Cu-6％Ag合金纤维结构及其纳米化

3.5.1 Cu-6％Ag合金原始组织结构

3.5.2 Cu-6％Ag合金纤维组织的形成

3.5.3 Cu-6％Ag合金纤维组织的纳米化

3.6 本章小结

第四章纤维化过程对Cu-Ag合金力学及电学性能的影响

4.1 纤维化对Cu-Ag合金对力学性能的影响

4.1.1 共晶体对Cu-Ag合金的强化作用

4.1.2 Cu基体对Cu-Ag合金的强化作用

4.1.3 Cu-Ag合金叠加强化模型

4.1.4 Cu-Ag合金强化模型的改进

4.1.5 Cu-Ag合金界面强化模型

4.2 纤维纳米化对Cu-Ag合金对电学性能的影响

4.2.1 Cu-Ag合金相对电导率在应变过程中的变化

4.2.2 电阻率在应变过程中的变化机制

4.2.3 应变过程中电阻率的界面散射模型

4.2.4 界面散射模型在Cu-Ag中的应用

4.3 纳米纤维Cu-Ag合金的综合性能

4.4 本章小结

第五章合金化对纤维复合Cu-Ag合金组织性能的影响

5.1 Cr合金化对Cu-6％Ag合金组织及性能的影响

5.1.1 Cr元素对Cu-6％Ag合金显微组织的影响

5.1.2 Cr元素对Cu-6％Ag合金力学性能的影响

5.1.3 Cr元素对Cu-6％Ag合金电学性能的影响

5.2 稀土微合金化对Cu-Ag合金组织及性能的影响

5.2.1 稀土元素对不同Ag含量合金组织的影响

5.2.2 稀土元素对Cu-12％Ag合金组织性能的影响

5.3 Cr及稀土多元微合金化对Cu-Ag合金性能的影响

5.4 本章小结

第六章热处理对Cu-Ag合金纤维组织及性能的影响

6.1 热处理温度对Cu-12％Ag合金纤维组织的影响

6.2 热处理温度对Cu-12％Ag合金力学性能的影响

6.3 热处理温度对Cu-Ag合金电学性能的影响

6.4 本章小结

第七章结论

7.1 纤维组织形成及纳米化

7.2 组织纤维化对力学和电学性能的影响

7.3 Cr及稀土元素对组织性能的影响

7.4 热处理对纤维组织及性能的影响

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文

致谢

发布时间: 2006-05-10

参考文献

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