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Cu-Al_2O_3復合材料的高溫塑性變形

技術應用 | 來源:本網 | 發布日期:2017-11-15 查看次數:989

核心提示:  國家自然科學基金重點資助項目5961080和河北省自然科學基金594086、國家教育部骨干教師基金資助項目?! ?000年9月8日收到初稿;2001年6月14日收到修改稿?! ?期申主田等:Cu-

  國家自然科學基金重點資助項目5961080和河北省自然科學基金594086、國家教育部骨干教師基金資助項目。

  2000年9月8日收到初稿;2001年6月14日收到修改稿。

  6期申主田等:Cu-A1203復合材料的高溫塑性變形611機電、電子產品高容量、高性能的發展趨勢,要求材料不僅具有高導電性,而且具有高耐熱性I1ICu-Al合金經擇優內氧化法制備出的A1203彌散強化銅基復合材料,不僅具有高電導率、高強度,而且具有優越的高溫性能和抗蝕性合金粉與Cu2粉按要求混合均勻,在高純氮氣(水蒸汽分壓低于4xl-6,實測氧分壓為5.6xlO48.35xlO-7Pa)中,在1223K下進行內氧化處理。5h,爐內氧勢由固體電解質氧探頭連續監測。內氧化后晶內生成了彌散分布的納米級7-Al23粒子(見),其平均尺寸和顆粒間距分別為7mn和30nm將得到的Cu-265%A1203(體積分數)粉末放入成型模具內在WE-60液壓萬能材料拭驗機上壓制成直徑為20mm厚12mm的試樣,壓制壓力為35t,隨后在高純N2中在1233K下燒結lh、在1173K下熱變形。實驗所得復合材料的理論化學成分及物理性能列于表h表1Cu-A123的理論化學成分及物理性能率,采用洛氏硬度,用DL-1000B型電子引伸儀測定室溫抗拉強度(變形速率為2mm/min),在GleebIe-1500熱模擬實驗機上進行高溫變形實驗。

  2結果與討論不同材料的真應力-應變曲線2.1應力應變曲線與變形軟化機制表明,在相同的變形條件下,CuAl23復合材料的抗壓強度為80MPa,是Cu-A1合金的近2倍,是純CU的3.2倍。Cu-A1203復合材料的加工硬化率明顯低于純Cu和Cu-A1合金的硬化速率,但它的屈強比很高Cu-A1203復合材料的高溫應力應變曲線大致可分為三個階段。在微應變區,應變速率從零增加到試驗應變速率,應力是迅速增加的,近似于彈性變形階段。繼續變形,曲線斜率降低,并隨后出現一個突降,變形進入第二階段。

  作為兩相非致密體復合材料,在這個階段,位材料研究學報15卷錯產生和消失對應的硬化和軟化及致密度提高對應的幾何硬化共同起作用。變形的第三階段為穩定流變階段,由于體積不變,幾何硬化趨于零。

  ViayShandar9,1Ql等人認為,Ti合金高溫變形的曲線上的流變應力突降是因可動位錯的快速繁殖,隨后穩定是因動態回復。本文的流變應力繼峰值之后的突降可能還與快速加載時實際變形滯后、晶界滑移、變形功、裂紋產生與焊合、幾何硬化等因素有關。金屬再結晶實質上是晶界及亞晶界移動的結果。由于晶內和界面的A1203粒子對界面移動具有很強的釘扎作用,使得變形金屬的亞結構十分穩定,難以形成再結晶核心,由、3可見,燒結材料在高溫變形過程中沒有發生明顯的動態再結晶,這與冷變形1273K高溫退火仍未發生再結晶相同W,均顯示了材料具有優越的耐熱穩定性。因此復合材料高溫變形動態軟化的主要機制是動態回復,此外晶界滑移也起了一定的作用。

  3.2高溫變形的機制及其對材料顯微組織的影響晶界滑移和晶內變形的配合可以避免晶界區域產生裂紋,但不是絕對的111,晶界滑移參與高溫低速(l2/s以下)變形時,孔隙的產生是不可避免的。晶界相對滑動時晶界處可形成裂紋或孔隙(a陰影區)。如果晶界上存在第二相質點,晶界滑動時出現孔隙(b)。當晶界上有曲折時,也會形成c那樣的孔隙。但是對于Cu-A1203粉末體,變形又會壓合或填充原來的孔隙,因此高溫低速熱變形過程中,孔隙的產生和壓合同時出現,二者綜合作用的結果是:與冷變形相比5,熱變形后孔隙的消除不充分。

  高溫低速變形時,晶界滑移使晶界活化,與燒結態組織相比,熱變形試樣受腐蝕時,晶界變得更顯化、更粗大(,3),說明晶界發生過一定的位移,而晶界滑移相對較弱的大顆粒內晶界則幾乎沒有被腐蝕出來。在高溫下,晶界滑移對晶內變形的協調使得晶粒變形較小,沒有被明顯拉長,方向性弱,晶界彎曲,位錯運動相對減弱。晶界發生滑移的幾個晶粒仍依稀保持著原來大顆粒的形狀,所以說晶界滑移有一種破碎大顆粒的作用,大顆粒破碎后顯示出的晶粒很細小,顆粒界消失,這無疑會提高材料的強度和塑性。

  晶界滑移形成孔隙3.3高溫變形對復合材料室溫性能的影響從表2可見,燒結材料經ec=50%的熱壓變形后,硬度由73HRB上升至76HRB;抗拉強度顯著提高,達552MPa;密度也進一步增大,達理論密度的99.3%;密度的提高增大了導電的有效截面積,電導率升高,達91.4%IACS(IACS:國際退火銅標準一Cu+Ag>99.9%,退火后,2°C時的電阻率為1.724lMficm,電導率為100%IACS),為理論電導率的941% 3結論Cu-A123復合材料高溫變形時,流變應力有一突降隨后穩定的現象。彌散Al23粒子顯著提高復合材料的再結晶溫度,動態回復是高溫變形時的主要軟化機制,高溫變形機制是位錯滑移和晶界滑移相協調。晶界滑移參與高溫變形并對復合材料的顯微組織與性能產生顯著的影響。

  材料研究學報15卷


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