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层错能对铜及铜合金强塑性影响的研究

作　者: 伞星源
导　师: 朱心昆
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料学
关键词: 铜锗合金层错能晶粒尺寸强度塑性
分类号: TG146.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 39次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
第一章绪论  10-28
  1.1 引言  10
  1.2 金属材料的强化机制  10-15
    1.2.1 细晶强化  10-11
    1.2.2 固溶强化  11-12
    1.2.3 位错强化  12-13
    1.2.4 沉淀相颗粒强化  13-15
  1.3 强化机制与材料塑性的关系  15-17
    1.3.1 位错强化与塑性和韧性  15
    1.3.2 固溶强化与塑性  15-16
    1.3.3 细化晶粒与塑性  16
    1.3.4 孪晶强化与塑性  16-17
  1.4 面心立方金属的变形孪晶的理论基础  17-19
    1.4.1 面心立方粗晶的孪生机制  17-19
    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  19
  1.5 大塑性变形方法  19-24
    1.5.1 高压扭转  19-20
    1.5.2 等径角挤压  20-22
    1.5.3 等反复折皱—压直法  22
    1.5.4 表面纳米化  22-23
    1.5.5 轧制与锻造  23-24
  1.6 机械合金化  24-27
  1.7 课题研究内容及意义  27-28
第二章实验的内容与步骤  28-38
  2.1 实验试样的制备  28
  2.2 铜锗合金的轧制  28-29
  2.3 铜锰合金的锻造  29-30
  2.4 高能球磨  30-31
  2.5 试样的退火  31
  2.6 金相组织观察  31-33
    2.6.1 金相试样的制备  31-32
    2.6.2 金相观察  32-33
  2.7 金属硬度检测技术  33-34
    2.7.1 微维氏硬度检测方法  33-34
    2.7.3 微维氏硬度计算公式  34
    2.7.4 微硬度检测其它注意事项  34
  2.8 XRD检测  34-35
  2.9 力学性能实验  35-36
  2.10 扫描电镜分析  36-38
第三章实验结果及分析  38-58
  3.1 冷轧Cu-Ge合金实验结果及分析  38-45
    3.1.1 铜锗合金金相显微组织的分析  38-39
    3.1.2 铜锗合金显微硬度的分析  39
    3.1.3 XRD结果及分析  39-42
    3.1.4 冷轧铜锗合金的拉伸实验  42-44
    3.1.5 扫描电镜结果分析  44-45
  3.2 机械合金化制备Cu-Al-Zn合金的力学性能  45-52
    3.2.1 球磨时间对晶粒尺寸与晶格畸变的影响  45-48
    3.2.2 显微硬度与层错能  48-49
    3.2.3 Hall-Petch关系  49-50
    3.2.4 金相组织观察结果分析  50-52
  3.3 冷锻Cu-Mn合金实验结果分析  52-58
第四章结论  58-60
致谢  60-62
参考文献  62-69
附录攻读硕士期间发表论文目录  69

层错能对铜及铜合金强塑性影响的研究

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