Cu3Ag0.5Zr合金薄板流动应力尺寸效应研究

发布时间：2019-10-16 20:26

【摘要】：随着电子产业及精密仪器的快速发展,金属薄板在电子产业、医疗器械、微机电系统等新兴领域中的应用日渐提升,材料轻量化、小型化、集成化是时代所趋,具备一定强度的铜合金以其优异的导电、导热性能,广泛地用于各行各业。然而,由于试样尺寸较小,与宏观条件下的成形规律有所差异,表现出明显的尺寸效应,制约了合金薄板小型件的发展。因此,在微尺度下探究板料流动应力尺寸效应,了解晶粒尺寸对材料拉伸力学性能以及弯曲回弹的影响规律,在传统塑性成形理论基础上探究和预测适用于微塑性成形的流动应力,对促进铜合金薄板微塑性成形发展具有重要意义。本文通过对Cu-3wt.%Ag-0.5wt.%Zr(Cu3Ag0.5Zr)合金进行固溶、再结晶退火和时效工艺处理,研究了材料热处理条件下的微观组织演化;在945℃条件下进行再结晶退火热处理来调控材料晶粒尺寸,在475℃条件下进行时效处理调控材料析出相含量的多少,建立了材料晶粒长大方程和时效析出动力学方程。通过单向拉伸试验,分析了析出相和晶粒尺寸对材料流动应力的影响规律,研究了材料的加工硬化规律和断裂机制,发现材料的流动应力随着晶粒尺寸的减小和析出相含量的增加而增大;由于自由表面对位错没有阻碍能力,当试样厚度方向晶粒数量减少到只有3~5个时,表层晶粒所占比重加大,流动应力下降明显,表现出明显尺寸效应;在表面层模型的基础上,对传统多晶体Hall-Petch关系式进行了修正,并考虑晶界强化、固溶强化、析出相强化多种强化机制,建立并验证了Cu3Ag0.5Zr薄板考虑尺寸效应在内的拉伸本构模型,建立的材料本构方程精确度很高,具有很好的预测评估材料流动应力的能力。基于拉伸流动应力尺寸效应模型,拓展研究了合金弯曲回弹问题;通过理论分析三点弯曲力、弯矩、回弹角等相关参数,建立了考虑材料流动应力尺寸效应本构方程在内的弯曲回弹模型;结合室温三点弯曲试验,分析了晶粒尺寸和析出相对材料弯曲性能的影响规律,发现弯曲实验结果和理论结果趋势一致,材料的弯曲应力随着材料晶粒尺寸的减小和时效析出相含量的增加而增大,并且回弹角也表现出了和拉伸类似的尺寸效应拐点规律。
【图文】：

合金元素,共晶温度,铜合金,合金发展

图 1-2 合金元素对电导率的影响[13]合金发展现状表明，Cu-3wt.%Ag-0.5wt.%Zr 合金的主要强化机时效强化作用[22-24]。对于纯铜金属来说，，软态时再结晶温度约为 270℃，其软化温度在 140℃左右强度要求。图 1-3 为室温下 CuAgZr 合金的三元等其共晶温度 965℃时，锆在铜中的极限溶解度为 0 0.01wt.%[26]。同时，CuAgZr 合金中 Zr 的加入对高 Cu 合金的抗氧化温度和热强度，极低的固溶度，且 Zr 元素能明显细化铜基体的晶粒[27,28]。二系合金中，Ag 在 Cu 中溶解度在其共晶温度 g 分布在铜合金的固溶体中，提高了铜合金的强度效果，同时，银的导电导热性优于铜，所以银元

投影图,等温截面,液相线,三元

图 1-3 室温下 CuAgZr 合金的三元等温截面图和液相线投影图[25]1.3.1 合金元素对合金性能的影响合金元素添加含量对合金的性能影响也是十分重要，Benghalem 等人[30]通过研究 Cu-(3~72)wt.%Ag 发现，含 Ag 低于 6wt.%时铸态合金由单一固溶体组成，第二相极少；含量在 6~15wt.%时开始出现富 Ag 强化相且一般为离异共晶组织，通过冷变形能增加合金强度，产生纤维强化效应；含量继续增加则出现层状共晶组织，力学性能因此变差。从原料状态角度讲，不应选择 Ag 含量过高的合金，防止影响固溶时效后性能。因为 Ag 含量过多将使合金热导率迅速下降，也使得材料成本大大增加。同样，Zr 含量也对金属材料的力学性能有非常重要影响。早在之前研究中就有学者指出：Cu-Zr 合金有很好的析出强化效应，Zr 元素的加入，可以使铜合金的再结晶温度明显提升，由于 Zr 在 Cu 中的固溶度最小，所以效果比其他元素都要明显，表 1-2 中列出了锆元素的部分含量对铜合金软化温度的影响[31]。贾淑果等人[32]研究发现：Cu-0.1wt.Ag-0.18wt.Zr 相比 Cu-0.1Ag 合金硬态下硬度达到 175HV，
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG146.11

【相似文献】