高塑性变形铜合金及镁合金再结晶行为的研究

发布时间：2020-10-17 05:07

　　 铜及其合金作为面心立方结构材料,具有优异的导电导热性、耐腐蚀性以及延展性,是当今电气产业及电子元件制造业的热门原材料之一,但是由于较差的硬度和强度性能使得铜及其合金材料的应用与发展受到了限制;而镁及其合金为密排六方结构材料,具有更高比强度、更好的导热减震性能,但是由于变形过程中基面织构的存在导致镁及其合金在室温情况下难以进行形变,且目前镁合金的塑性变形理论还不够完善成熟,塑性加工技术发展的相对缓慢,限制了镁合金的发展。因此,有必要对铜合金及镁合金塑性变形方法进行深入系统的研究,从而探索出能够有效改善材料综合性能的工艺方法。金属材料的力学性能与其微观组织(晶粒分布和晶粒取向)密切相关,而不同的变形方式以及再结晶条件对组织特征的演变规律则有着重要的影响。基于此思路,本论文选用Cu-Ag合金、铸态纯Cu和铸态AZ31镁合金作为实验材料,利用金相显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)和电子背散射衍射(EBSD)等微观组织表征与分析方法,系统的研究了在液氮温度下轧制变形对Cu-Ag合金微观组织、织构以及再结晶行为的影响;研究分析了退火过程中的外加载荷应力对室温冷轧后的Cu-Ag合金再结晶行为的影响作用;对纯Cu试样进行了室温多向压缩实验,系统的分析了试样变形后和再结晶后的织构特征;通过对AZ31镁合金进行室温多向压缩变形以及退火处理,研究多向压缩对AZ31镁合金的微观组织以及力学性能的影响作用。主要实验结果如下:1.Cu-Ag合金在液氮温度轧制过程中,由于低温轧制阻碍了位错的运动,试样内积累了更高的位错密度,因此相对室温轧制试样而言,材料的抗拉强度有所提高。试样经液氮温度轧制90%后的织构以S型和Brass型织构为主。另外,液氮温度轧制抑制了动态回复过程,因此使得试样中的储存能增加,提高了再结晶驱动力,从而降低了 Cu-Ag 合金的再结晶温度。2.95%冷轧变形的Cu-Ag合金经外加载荷退火的实验结果表明,加载较小应力(1OMPa)退火虽然抑制了材料的再结晶行为,但却促进了再结晶Cube织构的形成。另外,加载较大应力(50MPa)虽然对再结晶过程中新晶粒形核的抑制效果更加明显,但加快了晶粒长大,主要原因是由于较大的外加应力已经大于位错滑移运动所需的临界分切应力,因此加载退火过程中产生了新的缺陷,从而提高晶粒长大的驱动力。3.在铸态纯Cu室温多向压缩后的金相测试结果中看到了“项链型”结构,说明压缩过程中发生了动态再结晶。多向压缩试样的织构在{111}极图中呈对称分布关系,主要由为 Goss{011}100、CubeTD{011}011以及 CubeND{001}110三种组分组成,而完全再结晶后并没有出现Cube织构,这是由于试样的三种形变织构使得其他取向晶粒优先形核与长大,并限制了 Cube取向晶粒的形核与长大。4.铸态AZ31镁合金在室温多向压缩过程中出现了退孪晶现象。随着多向压缩道次的增加,{0002}面衍射峰值先上升后下降,说明多向压缩可以弱化AZ31镁合金的{0002}基面织构。AZ31镁合金室温多向压缩10道次的试样退火30min时已经完全再结晶,4道次的试样退火40min完成了再结晶,而单向压缩试样退火120min后依然是原始粗大晶粒与细小新晶粒共存的混晶状态。另外,多向压缩10道次的试样再结晶后的晶粒尺寸最小且更均匀。5.由于室温多向压缩使得AZ31镁合金晶粒内部产生大量高密度的孪晶界,阻碍了位错滑移,因此试样出现了明显加工硬化现象。此外,多向压缩的晶粒细化作用使得AZ31镁合金的室温最大累积变形量达40%。完全再结晶后的压缩测试结果表明,多向压缩10道次试样的力学性能明显优于单向压缩试样,抗拉强度和压缩率分别提高了 26%和69%,而由于基面织构的弱化导致试样的屈服强度并没有明显的提高。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG146.11;TG146.22;TG339
【部分图文】：

轧??日本学者Ｓａｉｔｏ?在］９９８时第一次提出的，对纯铝板和超低由于反复累积乳制过程中产生的摩擦力和轧制力，可将材料内最终将原晶粒分割成细小的新晶粒。其具体的工艺示意图如１．１工艺主要分四个步骤，首先是对材料进行表面处理，比如用用机械打磨的方法去掉样品表面氧化层，然后将清洗后的板分，接着对材料进行轧前预热处理，温度不能高于材料的再轧制后两块板材叠在一起压成原来一块的厚度。??在实际生产中步骤简单、晶粒细化的效果明显，且对生产设备型轧机都可以运用该工艺进行生产，是经济有效的加工方式但是由于多道次反复轧制，随着板材的累积应变量越来越大，几率也随之增大，通常为了保证板材的质量会减少叠乳次数，的组织与性能。所以，我们还需要针对ＡＲＢ工艺存在的问题可以通过设备改良以及控制加工过程而解决问题??

?１??叠轧??图１．?１累积叠轧工艺原理示意图｜１６］??Ｆｉｇ，?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｓｈｏｗｉｎｇ?ｔｈｅ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｏｆ?ＡＲＢ?ｐｒｏｃｅｓｓ［１６］??－４?－??

图１．４??［１６］??
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 莫纪平;程晓农;邓平安;许晓静;吴瑶;蒋伟;;多向压缩对7085铝合金挤压材组织和力学性能的影响[J];稀有金属材料与工程;2015年08期

2 丁雪征;刘天模;陈建;张瑜;卢立伟;;孪晶界对AZ31镁合金静态再结晶的影响[J];中国有色金属学报;2013年01期

3 史庆南;王效琪;起华荣;王军丽;周蕾;刘兆华;;大塑性变形(severe plastic deformation,SPD)的研究现状[J];昆明理工大学学报(自然科学版);2012年02期

4 杨续跃;孙争艳;张雷;;室温多向多道次压缩变形制备亚微米和纳米级镁合金[J];金属学报;2010年05期

5 夏爽;李慧;周邦新;陈文觉;;金属材料中退火孪晶的控制及利用——晶界工程研究[J];自然杂志;2010年02期

6 李萧;杨平;孟利;崔凤娥;;AZ31镁合金中拉伸孪晶静态再结晶的分析[J];金属学报;2010年02期

7 郑志军;高岩;;块体纳米晶材料的大塑性变形制备技术[J];材料导报;2008年01期

8 刘奎立,张治民,杨宝付;镁合金的成形技术及其应用研究[J];锻压技术;2004年05期

9 胡卓超,赵骧,左良,王福,C.Esling;电场退火对3104铝合金板显微组织与再结晶织构的影响[J];中国有色金属学报;2004年08期

10 周海涛,马春江,曾小勤,丁文江;变形镁合金材料的研究进展[J];材料导报;2003年11期

相关博士学位论文 前5条

1 马茹;AZ31镁合金热轧变形机理与工艺研究[D];大连理工大学;2017年

2 王铄;AA7050铝合金强韧性和成形性改善的轧制工艺优化及机理研究[D];北京科技大学;2017年

3 戴姣燕;高强导电铜合金制备及其相关基础研究[D];中南大学;2009年

4 王军丽;超细晶铜材的大变形异步叠轧制备技术、组织演变过程与性能研究[D];昆明理工大学;2007年

5 郭强;镁合金高温单向压缩及多向变形行为研究[D];湖南大学;2007年

相关硕士学位论文 前10条

1 胡师鹤;纯铜的微观组织与力学性能的晶粒尺寸效应研究[D];南京理工大学;2016年

2 周德智;AZ31镁合金的压缩变形及再结晶行为研究[D];大连理工大学;2015年

3 华睿;基于多向压缩工艺的纯钨组织及性能研究[D];合肥工业大学;2015年

4 张国琎;强磁场对冷轧纯铜板再结晶微观组织与织构的影响[D];东北大学;2014年

5 吕潍威;变形方式对铜及铜合金力学性能的影响[D];昆明理工大学;2014年

6 蒋俊亮;深冷处理对铜及其合金的影响机理探究[D];天津大学;2014年

7 刘润;异步叠轧制备超细孪晶铜及性能研究[D];昆明理工大学;2013年

8 陈庆勇;冷轧态TWIP钢回复再结晶行为研究[D];西南石油大学;2012年

9 闫海乐;大形变下低层错能面心立方金属力学行为和织构演化的研究[D];东北大学;2012年

10 吴新星;温度对多向压缩AZ21镁合金晶粒细化及退火行为的影响[D];中南大学;2012年

本文编号：2844321