Cu-Al2O3弥散强化铜化铜合金的组织和高温力学性能研究

摘要

本论文通过金相、扫描电镜观察、透射电子显微分析、XRD、硬度测试、高温拉伸以及蠕变试验等手段，研究了Cu-Al2O3弥散强化铜合金的微观组织与高温力学性能，得出结论如下:
　　(1)Al含量比较低时（0.05wt.％Al），弥散铜中内氧化产物主要为γ-Al2O3，生成的γ-Al2O3粒子相对弥散分布。当Al含量比较高时（0.6wt.％Al），首先生成的γ-Al2O3强化相粒子进一步聚集、长大、粗化，向更稳定的物相转变，内氧化产物中含有α、γ、θ等多种物相。不同物相Al2O3粒子之间相互转变的方式与温度有关，过渡相Al2O3粒子均在1100℃以上才发生相变，最终转化为α-Al2O3。
　　(2) Cu-2.7vol.％Al2O3弥散铜合金室温抗拉强度达到560MPa以上，700℃下抗拉强度和屈服强度分别达到了237 MPa和226 MPa。霍尔-佩奇机制和Al2O3粒子与位错相互作用为其室温屈服强度提升的主要来源。室温拉伸断裂类型为典型的韧性断裂，高温断口为混合断裂方式，塑性随温度的升高而降低。
　　(3) Cu-2.7vol.％Al2O3弥散铜的蠕变性能和纯铜相比有了显著提高。400℃和700℃条件下的应力指数分别为7和5，对应的蠕变机制为位错扩散型蠕变和晶格扩散型蠕变。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 引言

1．2 铜合金的强化方式

1．2．1 固溶强化型

1．2．2 沉淀强化型

1．2．3 细晶强化型

1．2．4 形变原位复合强化型

1．2．5 弥散强化型

1．3 Cu-Al2O3弥散强化铜合金

1．4 Cu-Al2O3弥散强化铜合金的制备方法

1．4．1 机械球磨+热挤压法

1．4．2 原位合成法

1．4．3 内氧化法

1．5 Cu-Al2O3弥散强化铜合金的性能

1．5．1 Al2O3含量对合金室温力学性能的影响

1．5．2 Cu-Al2O3弥散强化铜的界面结构与性能

1．5．3 Cu-Al2O3弥散强化铜合金的高温性能

1．5．4 退火温度对Cu-Al2O3弥散强化铜合金性能的影响

1．5．5 Cu-Al2O3弥散强化铜合金的疲劳、蠕变性能

1．6 Cu-Al2O3弥散强化铜合金的再结晶和晶粒长大

1．7 国内外Cu-Al2O3弥散强化铜合金的研究现状

1．8 蠕变行为

1．8．1 蠕变的定义

1．8．2 蠕变性能的影响因素

1．8．3 提高材料蠕变性能的方法

1．9 本论文研究的目的意义和主要内容

2 材料制备与实验方法

2．1 材料的制备和处理工艺

2．1．1 合金的制备

2．1．2 旋锻加工

2．1．3 实验流程

2．2 实验方法

2．2．1 金相组织观察

2．2．2 显微硬度测量

2．2．3 X射线衍射分析

2．2．4 扫描电镜观察与能谱分析

2．2．5 透射电镜观察

2．2．6 拉伸实验

2．2．7 蠕变实验

3 Cu-Al2O3弥散强化铜内氧化热力学与动力学

3．1 内氧化热力学

3．2 内氧化扩散动力学

3．2．1 Al2O3粒子的形核、长大、粗化机制

3．2．2 内氧化工艺参数对Al2O3粒子尺寸的影响

3．3 内氧化工艺对Al2O3粒子物相的影响

3．4 不同浓度弥散铜Al2O3粒子物相的转变

3．5 本章小结

4 Cu-Al2O3弥散强化铜合金的微观组织

4．1 弥散铜的微观组织结构

4．2 Cu-2．7vol．％Al2O3弥散铜组织及Al2O3粒子分布

4．3 Cu-2．7vol．％Al2O3弥散铜旋锻加工过程中的组织演变

4．4 本章小结

5 Cu-Al2O3弥散强化铜合金的高温力学性能

5．1 Cu-2．7vol．％Al2O3弥散铜旋锻硬度值变化规律分析

5．2 Cu-2．7vol．％Al2O3弥散铜高温拉伸性能

5．3 Cu-Al2O3弥散铜的强化机制

5．4 影响Cu-Al2O3弥散铜合金强度的因素

5．4．1 Al2O3粒子含量对弥散铜强度的影响

5．4．2 晶粒尺寸对弥散铜强度的影响

5．5 Cu-2．7vol．％Al2O3弥散铜拉伸断口分析

5．6 Cu-2．7vol．％Al2O3弥散强化铜合金的蠕变性能

5．6．1 Cu-2．7vol．％Al2O3弥散铜合金的蠕变

5．6．2 Cu-2．7vol．％Al2O3弥散铜的蠕变机制及影响因素

5．7 本章小结

6 结论

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢