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Cu-Al_2O_3复合材料的高温塑性变形

技术应用 | 来源:本网 | 发布日期:2017-11-15 查看次数:484

核心提示:  国家自然科学基金重点资助项目5961080和河北省自然科学基金594086、国家教育部骨干教师基金资助项目。  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-

  国家自然科学基金重点资助项目5961080和河北省自然科学基金594086、国家教育部骨干教师基金资助项目。

  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复合材料的高温塑性变形611机电、电子产品高容量、高性能的发展趋势,要求材料不仅具有高导电性,而且具有高耐热性I1ICu-Al合金经择优内氧化法制备出的A1203弥散强化铜基复合材料,不仅具有高电导率、高强度,而且具有优越的高温性能和抗蚀性合金粉与Cu2粉按要求混合均匀,在高纯氮气(水蒸汽分压低于4xl-6,实测氧分压为5.6xlO48.35xlO-7Pa)中,在1223K下进行内氧化处理。5h,炉内氧势由固体电解质氧探头连续监测。内氧化后晶内生成了弥散分布的纳米级7-Al23粒子(见),其平均尺寸和颗粒间距分别为7mn和30nm将得到的Cu-265%A1203(体积分数)粉末放入成型模具内在WE-60液压万能材料拭验机上压制成直径为20mm厚12mm的试样,压制压力为35t,随后在高纯N2中在1233K下烧结lh、在1173K下热变形。实验所得复合材料的理论化学成分及物理性能列于表h表1Cu-A123的理论化学成分及物理性能率,采用洛氏硬度,用DL-1000B型电子引伸仪测定室温抗拉强度(变形速率为2mm/min),在GleebIe-1500热模拟实验机上进行高温变形实验。

  2结果与讨论不同材料的真应力-应变曲线2.1应力应变曲线与变形软化机制表明,在相同的变形条件下,CuAl23复合材料的抗压强度为80MPa,是Cu-A1合金的近2倍,是纯CU的3.2倍。Cu-A1203复合材料的加工硬化率明显低于纯Cu和Cu-A1合金的硬化速率,但它的屈强比很高Cu-A1203复合材料的高温应力应变曲线大致可分为三个阶段。在微应变区,应变速率从零增加到试验应变速率,应力是迅速增加的,近似于弹性变形阶段。继续变形,曲线斜率降低,并随后出现一个突降,变形进入第二阶段。

  作为两相非致密体复合材料,在这个阶段,位材料研究学报15卷错产生和消失对应的硬化和软化及致密度提高对应的几何硬化共同起作用。变形的第三阶段为稳定流变阶段,由于体积不变,几何硬化趋于零。

  ViayShandar9,1Ql等人认为,Ti合金高温变形的曲线上的流变应力突降是因可动位错的快速繁殖,随后稳定是因动态回复。本文的流变应力继峰值之后的突降可能还与快速加载时实际变形滞后、晶界滑移、变形功、裂纹产生与焊合、几何硬化等因素有关。金属再结晶实质上是晶界及亚晶界移动的结果。由于晶内和界面的A1203粒子对界面移动具有很强的钉扎作用,使得变形金属的亚结构十分稳定,难以形成再结晶核心,由、3可见,烧结材料在高温变形过程中没有发生明显的动态再结晶,这与冷变形1273K高温退火仍未发生再结晶相同W,均显示了材料具有优越的耐热稳定性。因此复合材料高温变形动态软化的主要机制是动态回复,此外晶界滑移也起了一定的作用。

  3.2高温变形的机制及其对材料显微组织的影响晶界滑移和晶内变形的配合可以避免晶界区域产生裂纹,但不是绝对的111,晶界滑移参与高温低速(l2/s以下)变形时,孔隙的产生是不可避免的。晶界相对滑动时晶界处可形成裂纹或孔隙(a阴影区)。如果晶界上存在第二相质点,晶界滑动时出现孔隙(b)。当晶界上有曲折时,也会形成c那样的孔隙。但是对于Cu-A1203粉末体,变形又会压合或填充原来的孔隙,因此高温低速热变形过程中,孔隙的产生和压合同时出现,二者综合作用的结果是:与冷变形相比5,热变形后孔隙的消除不充分。

  高温低速变形时,晶界滑移使晶界活化,与烧结态组织相比,热变形试样受腐蚀时,晶界变得更显化、更粗大(,3),说明晶界发生过一定的位移,而晶界滑移相对较弱的大颗粒内晶界则几乎没有被腐蚀出来。在高温下,晶界滑移对晶内变形的协调使得晶粒变形较小,没有被明显拉长,方向性弱,晶界弯曲,位错运动相对减弱。晶界发生滑移的几个晶粒仍依稀保持着原来大颗粒的形状,所以说晶界滑移有一种破碎大颗粒的作用,大颗粒破碎后显示出的晶粒很细小,颗粒界消失,这无疑会提高材料的强度和塑性。

  晶界滑移形成孔隙3.3高温变形对复合材料室温性能的影响从表2可见,烧结材料经ec=50%的热压变形后,硬度由73HRB上升至76HRB;抗拉强度显著提高,达552MPa;密度也进一步增大,达理论密度的99.3%;密度的提高增大了导电的有效截面积,电导率升高,达91.4%IACS(IACS:国际退火铜标准一Cu+Ag>99.9%,退火后,2°C时的电阻率为1.724lMficm,电导率为100%IACS),为理论电导率的941% 3结论Cu-A123复合材料高温变形时,流变应力有一突降随后稳定的现象。弥散Al23粒子显著提高复合材料的再结晶温度,动态回复是高温变形时的主要软化机制,高温变形机制是位错滑移和晶界滑移相协调。晶界滑移参与高温变形并对复合材料的显微组织与性能产生显著的影响。

  材料研究学报15卷


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