Cu/Al侧向复合界面失效分析及性能调控
发布时间：2021-02-08 07:33
采用Conclad连续挤压法制备了Cu/Al侧向复合材料并分析了其界面失效机制。利用扫描电镜、能谱和X射线衍射观察和分析了铜铝复合材料的界面组织及形貌;借助热机械分析仪对Cu/Al复合材料的结合层及基体的热膨胀系数进行了表征。讨论了Cu、Al热成形过程中动态回复与再结晶对其界面结合强度的影响。结果表明:界面结合层的宽度,生成脆硬的金属间化合物Cu Al2、Cu Al和Cu9Al4,结合层与基体之间的热膨胀系数差以及动态结晶与加工硬化产生的内应力是导致界面产生脆性劈裂的主要因素。基于Conclad连续挤压的成形工艺及这类缺陷产生的原因,提出了通过调整模具结构、成形的工艺装备及参数的具体措施并最终得到实验验证。
【文章来源】：塑性工程学报. 2020,27(02)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
连续挤压工作原理示意图
由于实验中所用到的铜、铝均属于层错能较低的金属;因此，在热成形过程中加工硬化、低温时的回复与再结晶，高温时的动态回复与再结晶现象贯穿始终。动态再结晶的发生将对材料的晶粒结构产生很大的影响，最终将导致材料的宏观力学性能发生的变化。图8为纯铜在不同变形条件下的应力-应变曲线。纯Cu热变形过程中的动态软化机制以动态再结晶机制为主，最大应力值σmax随成形温度的降低或应变速率的升高而增加，因此，成形温度及应变速度对纯铜成形影响很大[14]。当纯铜处在较低温度即宏观塑性变形区，如图8中第I阶段[15]:随着变形程度的增大，位错密度不断增大，由于动态回复造成软化，加工硬化率逐渐减小(即σ-ε曲线的斜率逐渐减小)。最终进入如图8第II阶段，即应力趋于稳态阶段[15]:此时随着变形程度增加，加工硬化与动态回复初步达到平衡，随着变形程度的增加，应力逐渐趋于稳定值。图9为温度对纯铜应力-应变的影响。由图9可知，当变形温度比较低时(400～550℃)，变形过程中只发生动态回复，不发生动态再结晶。当成形温度T≥600℃时，发生动态再结晶，随着变形温度的提高，临界变形程度越小，越容易发生动态再结晶[15]。图9 温度对应力-应变曲线的影响
图8 纯铜在不同变形条件下的应力-应变曲线图10为纯铝在不同变形条件下的应力-应变曲线[16]。由图10a可知，200℃变形时，开始时加工硬化处于主导地位并同时发生回复，当加工硬化和回复达到平衡时，应力变化不大。由图10b和图10c可见，在350和500℃热成形时，开始阶段有加工硬化并同时发生回复，形变量达一定程度，应力出现极大值后曲线又随应变量增加而下降，说明此阶段软化是由动态再结晶引起[17]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同应变速率下铜/铝层状复合材料的拉伸变形行为[J]. 刘帅洋,王爱琴,田捍卫,吕世敬. 材料热处理学报. 2018(10)
[2]Conclad连续挤压法制备侧向复合型Cu/Al复合材料[J]. 凌聪,钟毅,陈业高,王飞,郜晓雷. 特种铸造及有色合金. 2017(01)
[3]结合层对铜/铝复合材料力学性能的影响[J]. 王艳艳,刘平,刘新宽,王子延,王冰,陈小红. 稀有金属. 2018(05)
[4]铜铝异步轧制复合工艺及组织性能[J]. 赵莹莹,王泽宇,龚潇雨,苗龙,王平. 焊接学报. 2016(11)
[5]铜包铝复合材料的热力学计算稳态分析[J]. 董勇军,王建伟,黄纯德,解浩峰,高义斌,毕虎才. 稀有金属. 2014(06)
[6]纯铜的高温变形行为[J]. 赵瑞龙,刘勇,田保红,张晓伟,张毅. 金属热处理. 2011(08)
[7]铜/铝复合材料及其界面研究[J]. 蒋宇梅. 中国科技信息. 2009(19)
[8]WC/铁基表面复合材料的热疲劳裂纹形成过程[J]. 李祖来,蒋业华,周荣,羊浩,张冬平. 复合材料学报. 2008(02)
[9]纯铜形变中动态再结晶分析[J]. 侍新琳,刘轶. 沈阳航空工业学院学报. 2000(04)
[10]紫铜热塑性变形的研究[J]. 樊百林,黄钢汉. 塑性工程学报. 2000(03)
博士论文
[1]铜/铝多层复合板的制备与组织性能相关性研究[D]. 李小兵.东北大学 2014
硕士论文
[1]Conclad连续挤压法制备侧向复合型铜铝复合材料及其组织性能研究[D]. 凌聪.昆明理工大学 2017
[2]连续挤压铜包钢线材工程化关键问题实验研究[D]. 李玉章.昆明理工大学 2010
[3]宽铜带连续挤压轮槽变形区的理论研究[D]. 刘桂林.大连交通大学 2008
本文编号：3023579
【文章来源】：塑性工程学报. 2020,27(02)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
连续挤压工作原理示意图
由于实验中所用到的铜、铝均属于层错能较低的金属;因此，在热成形过程中加工硬化、低温时的回复与再结晶，高温时的动态回复与再结晶现象贯穿始终。动态再结晶的发生将对材料的晶粒结构产生很大的影响，最终将导致材料的宏观力学性能发生的变化。图8为纯铜在不同变形条件下的应力-应变曲线。纯Cu热变形过程中的动态软化机制以动态再结晶机制为主，最大应力值σmax随成形温度的降低或应变速率的升高而增加，因此，成形温度及应变速度对纯铜成形影响很大[14]。当纯铜处在较低温度即宏观塑性变形区，如图8中第I阶段[15]:随着变形程度的增大，位错密度不断增大，由于动态回复造成软化，加工硬化率逐渐减小(即σ-ε曲线的斜率逐渐减小)。最终进入如图8第II阶段，即应力趋于稳态阶段[15]:此时随着变形程度增加，加工硬化与动态回复初步达到平衡，随着变形程度的增加，应力逐渐趋于稳定值。图9为温度对纯铜应力-应变的影响。由图9可知，当变形温度比较低时(400～550℃)，变形过程中只发生动态回复，不发生动态再结晶。当成形温度T≥600℃时，发生动态再结晶，随着变形温度的提高，临界变形程度越小，越容易发生动态再结晶[15]。图9 温度对应力-应变曲线的影响
图8 纯铜在不同变形条件下的应力-应变曲线图10为纯铝在不同变形条件下的应力-应变曲线[16]。由图10a可知，200℃变形时，开始时加工硬化处于主导地位并同时发生回复，当加工硬化和回复达到平衡时，应力变化不大。由图10b和图10c可见，在350和500℃热成形时，开始阶段有加工硬化并同时发生回复，形变量达一定程度，应力出现极大值后曲线又随应变量增加而下降，说明此阶段软化是由动态再结晶引起[17]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同应变速率下铜/铝层状复合材料的拉伸变形行为[J]. 刘帅洋,王爱琴,田捍卫,吕世敬. 材料热处理学报. 2018(10)
[2]Conclad连续挤压法制备侧向复合型Cu/Al复合材料[J]. 凌聪,钟毅,陈业高,王飞,郜晓雷. 特种铸造及有色合金. 2017(01)
[3]结合层对铜/铝复合材料力学性能的影响[J]. 王艳艳,刘平,刘新宽,王子延,王冰,陈小红. 稀有金属. 2018(05)
[4]铜铝异步轧制复合工艺及组织性能[J]. 赵莹莹,王泽宇,龚潇雨,苗龙,王平. 焊接学报. 2016(11)
[5]铜包铝复合材料的热力学计算稳态分析[J]. 董勇军,王建伟,黄纯德,解浩峰,高义斌,毕虎才. 稀有金属. 2014(06)
[6]纯铜的高温变形行为[J]. 赵瑞龙,刘勇,田保红,张晓伟,张毅. 金属热处理. 2011(08)
[7]铜/铝复合材料及其界面研究[J]. 蒋宇梅. 中国科技信息. 2009(19)
[8]WC/铁基表面复合材料的热疲劳裂纹形成过程[J]. 李祖来,蒋业华,周荣,羊浩,张冬平. 复合材料学报. 2008(02)
[9]纯铜形变中动态再结晶分析[J]. 侍新琳,刘轶. 沈阳航空工业学院学报. 2000(04)
[10]紫铜热塑性变形的研究[J]. 樊百林,黄钢汉. 塑性工程学报. 2000(03)
博士论文
[1]铜/铝多层复合板的制备与组织性能相关性研究[D]. 李小兵.东北大学 2014
硕士论文
[1]Conclad连续挤压法制备侧向复合型铜铝复合材料及其组织性能研究[D]. 凌聪.昆明理工大学 2017
[2]连续挤压铜包钢线材工程化关键问题实验研究[D]. 李玉章.昆明理工大学 2010
[3]宽铜带连续挤压轮槽变形区的理论研究[D]. 刘桂林.大连交通大学 2008
本文编号：3023579
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