磁场对不同成分Cu-Fe合金组织及性能的影响

论文摘要

高强高导铜基合金具有优良的物理性能和力学性能。在高脉冲磁场导体、引线框架等多个领域有广泛的应用前景。其中,Fe元素的添加可以显著强化Cu基体而且价格低廉而受到广泛关注。调控优化Cu-Fe合金凝固组织,进而优化强度和导电率的匹配关系,提高材料的综合性能一直是研究热点。本文采用水平磁场和超导强磁场手段,系统研究了磁场对不同成分Fe含量Cu-Fe合金凝固组织的影响规律,并将有、无强磁场条件下凝固的Cu-Fe合金经多道次拉拨制备成复合材料,研究了不同Fe含量和磁场条件对复合材料纤维组织演变、力学性能和导电率的变化规律,得出了如下结论：1)随Fe相含量的增加,Cu-Fe合金中的富Fe相以球形颗粒状枝晶逐渐演变为树枝状晶。施加水平磁场和垂直强磁场凝固后,Cu-Fe合金中的相分布更均匀；2)随着施加磁场强度的增加,Cu-Fe合金的Cu（111）衍射峰增强,表明强磁场处理促使Cu基体在（111）晶面形成择优取向；EDX分析表明,随磁感应强度的增加,Fe枝晶中Fe元素含量逐渐降低,且Fe元素分布更均匀。进一步对Cu-Fe合金的硬度测试结果表明,施加磁场使得不同成分的Cu-Fe合金的硬度普遍提高；3)随着变形量的增加,Cu-Fe合金的富Fe相逐渐被拉长、变细,Cu-Fe复合材料的抗拉强度逐渐增加。在一定的形变量范围内,Cu-Fe复合材料的抗拉强度变化规律基本符合混合定律；4)随Fe含量增加,Cu-Fe复合材料的极限抗拉强度增加；在相同形变量下,施加磁场凝固后的Cu-Fe复合材料的抗拉强度普遍比无磁场条件下的低。但是,施加磁场使得Cu-Fe复合材料抗拉强度随Fe含量增加的幅度逐渐增大,在Fe含量达12%时,两者的抗拉强度基本相同；5)随Fe含量增加,Cu-Fe复合材料的导电率先急剧降低,并逐渐稳定在30%IACS左右。合金凝固过程中施加磁场对Cu-Fe复合材料导电率的影响不大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 材料电磁工艺简介
• 1.1.1 材料电磁工艺产生的背景
• 1.1.2 材料电磁加工技术的分类及应用
• 1.2 高强高导铜合金的应用领域
• 1.2.1 强磁场导体材料
• 1.2.2 引线框架
• 1.2.3 电力机车架空导线
• 1.3 铜合金强化的途径
• 1.3.1 合金化法
• 1.3.2 复合材料法
• 1.4 Cu-Fe形变原位复合材料研究现状
• 1.4.1 Cu-Fe合金的组织结构
• 1.4.2 形变Cu-Fe合金强化影响因素及模型
• 1.4.3 形变Cu-Fe合金导电影响因素及模型
• 1.5 本文研究内容
• 第2章 实验装置与实验方法
• 2.1 前言
• 2.2 实验装置
• 2.2.1 真空感应加热炉
• 2.2.2 真空加热炉系统
• 2.2.3 直流磁场发生装置
• 2.2.4 超导强磁场系统
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 预制样的制备
• 2.3.2 直流磁场作用下的凝固实验方案
• 2.3.3 强磁场作用下的凝固实验方案
• 2.4 组织及性能检测
• 2.4.1 组织的检测
• 2.4.2 性能的测试
• 第3章 磁场对Cu-Fe合金铸态凝固组织及性能的影响
• 3.1 引言
• 3.2 磁场作用下Cu-Fe合金的铸态组织
• 3.2.1 水平磁场下Cu-Fe合金的铸态组织
• 3.2.2 强磁场下Cu-Fe合金的铸态组织
• 3.3 Cu-Fe合金的XRD分析
• 3.3.1 水平磁场下Cu-Fe合金的XRD分析
• 3.3.2 强磁场下Cu-Fe合金的XRD分析
• 3.4 Cu-Fe合金的固溶度
• 3.5 Cu-Fe合金的硬度
• 3.6 分析和讨论
• 3.6.1 直流磁场Cu-Fe合金液态金属作用机理
• 3.6.2 强磁场Cu-Fe合金凝固的作用机理
• 第4章 磁场对原位形变Cu-Fe复合材料组织及性能的影响
• 4.1 不同成分原位形变Cu-Fe复合材料纤维组织的演变
• 4.2 不同成分原位变形Cu-Fe复合材料的应力-应变曲线
• 4.3 水平磁场凝固对形变纯Cu抗拉强度的影响
• 4.3.1 无磁场凝固时形变纯Cu的抗拉强度
• 4.3.2 水平磁场凝固时形变纯Cu的抗拉强度
• 4.3.3 有无水平磁场凝固时形变纯Cu的抗拉强度
• 4.4 水平磁场凝固对形变Cu-12%Fe抗拉强度的影响
• 4.4.1 无磁场凝固时形变Cu-12%Fe的抗拉强度
• 4.4.2 水平磁场凝固时形变Cu-12%Fe的抗拉强度
• 4.4.3 有无水平磁场凝固时形变Cu-12%Fe的抗拉强度
• 4.5 不同含量下Cu-Fe复合材料的抗拉强度
• 4.5.1 无磁场下不同含量Cu-Fe复合材料的抗拉强度
• 4.5.2 水平磁场下不同含量Cu-Fe复合材料的抗拉强度
• 4.6 不同含量与Cu-Fe复合材料抗拉强度的关系
• 4.7 不同磁场方向凝固对Cu-Fe复合材料抗拉强度的作用效果
• 4.8 水平磁场下Cu-Fe复合材料的导电率
• 4.8.1 无磁场下复合材料的导电率
• 4.8.2 水平磁场下复合材料的导电率
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介