纖維相增強(qiáng)Cu-Ag合金的顯微組織及力學(xué)和電學(xué)性能.pdf

1、由于纖維相復(fù)合強(qiáng)化Cu-Ag合金具有高強(qiáng)度和高電導(dǎo)率的優(yōu)良性能，因而在強(qiáng)磁場磁體線圈等對導(dǎo)體材料性能要求苛刻的領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。國際上目前針對這種合金的加工工藝、合金化規(guī)律、顯微組織演變、力學(xué)性能與電學(xué)性能變化、纖維強(qiáng)化相形成過程、納米效應(yīng)的影響以及強(qiáng)化和電傳導(dǎo)模型等各方面展開了廣泛的研究。 本文在緊密跟蹤國際研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，采用強(qiáng)拉拔應(yīng)變和中間熱處理工藝，制備了雙相纖維復(fù)合強(qiáng)化的Cu-Ag合金，對不同Ag含量合金中纖維相

2、的形成規(guī)律和特點(diǎn)進(jìn)行了研究，測定了顯微組織演變過程中材料力學(xué)和電學(xué)性能，建立了纖維化過程與材料宏觀性能之間的關(guān)系，探討了納米效應(yīng)形成條件和作用機(jī)制，建立了相關(guān)分析模型。另外，通過添加Cr及稀土元素等第三組元，研究了微合金化對顯微組織纖維化過程中的作用，同時探討了不同熱處理條件對纖維組織和材料性能的影響規(guī)律。本文研究所得主要結(jié)論如下： 在冷拉拔及中間熱處理過程中，Ag含量較高的合金中網(wǎng)狀共晶組織逐漸形成緊密排列的纖維束形態(tài)，中等A

3、g含量合金中逐漸形成共晶體纖維束及次生Ag纖維，Ag含量較低的合金中形成包含少量共晶纖維和大量次生Ag纖維的纖維束結(jié)構(gòu)。 共晶體纖維束內(nèi)部缺陷以亞晶界為主，隨應(yīng)變程度的增加亞晶界轉(zhuǎn)變?yōu)樾〗蔷Ы缟踔链蠼蔷Ы?。?qiáng)烈應(yīng)變條件下兩相纖維輕微轉(zhuǎn)動或晶界局部扭曲。Cu基體晶粒內(nèi)部包含位錯胞結(jié)構(gòu)，胞壁隨應(yīng)變的增加或晶粒尺寸的減小逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閬喚Ы?。纖維晶粒中位錯密度隨晶粒直徑的減小而降低，并在一定應(yīng)變條件下形成形變孿晶結(jié)構(gòu)。Cu基體中次生Ag纖

4、維一般位于位錯胞壁或亞晶界上，在變形程度較大時通過界面錯配位錯調(diào)節(jié)與基體的應(yīng)變差異。在強(qiáng)烈應(yīng)變階段，Cu基體與共晶纖維之間的界面結(jié)構(gòu)由于晶粒間沿界面的相互滑動而發(fā)生改變，形成界面錯動或微晶過渡層等結(jié)構(gòu)。 共晶纖維束結(jié)構(gòu)可使合金在變形過程中保持較高應(yīng)變強(qiáng)化率并維持較高電導(dǎo)率水平，在強(qiáng)烈應(yīng)變條件下具有納米尺度的共晶纖維束結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步提高合金強(qiáng)度并明顯降低電導(dǎo)率。合金中大量存在的次生Ag纖維在中低應(yīng)變階段也可顯著提高合金應(yīng)變強(qiáng)化率并降

5、低電導(dǎo)率，但在強(qiáng)烈應(yīng)變階段對強(qiáng)度和電導(dǎo)率的影響減弱。 具有纖維結(jié)構(gòu)的合金在一定變形程度范圍內(nèi)或當(dāng)纖維束間距大于一定尺度時，抗拉強(qiáng)度隨相界或晶界間距的變化類似于Hall-Petch關(guān)系，強(qiáng)化效應(yīng)與位錯塞積機(jī)制有關(guān)；當(dāng)變形超過一定程度或纖維束間距小于一定尺度時，合金應(yīng)變強(qiáng)化率降低并偏離Hall-Pecth關(guān)系，由于晶粒內(nèi)部位錯密度降低，塑性變形機(jī)制由位錯滑移為主轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ы缁瑒訛橹鳎瑥?qiáng)化效應(yīng)與界面障礙機(jī)制及相界或晶界結(jié)合力有關(guān)。

6、 Cu-Ag合金在應(yīng)變過程中電阻率的增加主要由合金內(nèi)部大量界面結(jié)構(gòu)對電子的散射作用引起。根據(jù)界面散射模型建立的電阻率與應(yīng)變量之間的定量關(guān)系，可反映拉拔變形引起的組織纖維化過程對合金導(dǎo)電性能的影響規(guī)律。次生Ag纖維對電子散射作用使合金電阻率在一定變形范圍內(nèi)顯著增加。界面彈性散射因子隨Ag含量增加或合金內(nèi)部相界面比例增大而降低，導(dǎo)致合金相對電導(dǎo)率隨應(yīng)變增加而下降速率增大。 在Cu-6％Ag中添加1％Cr可增加合金共晶體體積分?jǐn)?shù)并減

7、少次生Ag相。Cr元素的固溶強(qiáng)化效應(yīng)能夠顯著提高合金強(qiáng)度，當(dāng)合金達(dá)到一定變形程度后，Cr元素的應(yīng)變強(qiáng)化效應(yīng)減弱。固溶Cr原子對電子的散射作用使合金相對電導(dǎo)率顯著降低，并由于改變纖維組織形態(tài)分布及對界面彈性散射因子使合金相對電導(dǎo)率在應(yīng)變過程中下降趨勢更加明顯。添加0.1％的混合稀土元素可在一定程度上增加合金共晶體數(shù)量并細(xì)化組織，改善合金的硬度，并在大變形范圍內(nèi)，對導(dǎo)電性能略有改善作用。同時在低Ag含量合金中添加Cr及稀土元素可以使合金強(qiáng)度