不同实验参数下表面机械研磨对纯铜组织及力学性能的影响

发布时间：2017-10-07 17:09

  本文关键词：不同实验参数下表面机械研磨对纯铜组织及力学性能的影响

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【摘要】：近年来,大塑形变形技术被广泛的研究与应用在各种金属合金中,这项技术能显著提高材料的强度,然而经过大塑形变形的金属一般都有塑性较差的缺陷。本课题利用表面机械研磨技术在纯铜表面成功制备出梯度纳米结构层,晶粒由表面至芯部逐渐变大,芯部为粗晶结构。在这种特殊结构下,材料强度提高的同时塑形仍有较大保留。本课题选取4种不同的实验时间：1 min、5 min、15 min、30 min,两种不同温度：室温、液氮,以及5种不同样品厚度：1 mm、2 mm、3 mm、4 mm、5 mm,研究不同实验参数下表面机械研磨处理对纯铜组织及力学性能的影响。利用显微硬度仪器、拉伸试验机分析样品的硬度及拉伸性能,发现所有样品表面均出现硬度梯度,表面硬度显著提高,不同的实验条件下样品的拉伸性能存在一定差异。在一定范围内,降低实验温度、增加实验时间、降低样品厚度都能有效提高样品的强度。比较各种样品的力学性能,从而确定强度与塑性配合良好的工艺参数；利用金相显微镜、SEM对样品的显微组织进行观察,发现表面机械研磨处理的样品表层晶粒大小呈梯度变化与硬度观察结果一致。室温下处理的样品存在一定动态回复与动态再结晶,这可能是由于表面纳米化过程中,钢球高速撞击纯铜表面形成大量热量导致的。液氮下处理的样品中变形层存在大量孪晶,这是由于低温下位错运动受到抑制,使塑性变形过程中更容易发生孪生；利用XRD分析样品的晶粒尺寸、位错密度及孪晶密度,结果显示液氮下处理的样品,晶粒尺寸比室温样品小,位错密度及孪晶密度都比室温下处理的样品高,与显微组织观察结果一致,表明低温下表面机械研磨处理的强化效果更显著。在实验过程当中,还发现了一些奇特现象。通过对材料拉伸曲线的仔细分析,发现了屈服峰现象,这一现象在合金中比较常见,在纯金属中很少出现,并通过应变速率及可动位错密度关系式ε=bηv解释了这一现象。同时研究表明材料中存在一定额外加工硬化,我们通过原位拉伸观察发现,样品的表面梯度结构层与芯部粗晶层发生塑性形变的时间不同,导致材料产生了一定的应力应变梯度,这种梯度有利于几何必须位错的堆积,从而产生了额外加工硬化。
【关键词】：纯铜 液氮 表面机械研磨 力学性能 显微组织
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 纳米材料简介12-14
• 1.1.1 纳米材料的特性12-13
• 1.1.2 纳米材料的应用13-14
• 1.2 表面纳米化14-18
• 1.2.1 表面沉积或涂层14-15
• 1.2.2 表面自身纳米化15-17
• 1.2.3 混合方式17-18
• 1.3 梯度纳米结构18-20
• 1.3.1 梯度纳米结构的特点18-20
• 1.4 变形条件对材料的影响20-21
• 1.4.1 变形温度20
• 1.4.2 应变速率20-21
• 1.4.3 应变量21
• 1.5 不同层错能的塑性变形方式21-23
• 1.5.1 低层错能金属的塑性变形方式22
• 1.5.2 中等层错能金属的塑性变形方式22
• 1.5.3 高层错能金属的塑性变形方式22-23
• 1.6 材料强化的主要方式23-24
• 1.6.1 细晶强化23-24
• 1.6.2 固溶强化24
• 1.6.3 第二相强化24
• 1.6.4 位错强化24
• 1.7 屈服峰现象24-25
• 1.8 课题研究内容及意义25-27
• 1.8.1 主要内容25-26
• 1.8.2 研究意义26-27
• 第二章 实验内容及步骤27-37
• 2.1 实验方案设计27-28
• 2.2 实验样品的准备28-29
• 2.2.1 原材料的轧制28
• 2.2.2 退火28-29
• 2.2.3 表面机械研磨(SMAT)29
• 2.3 显微硬度测试29-31
• 2.4 轴向拉伸力学性能测试31-32
• 2.5 显微组织观察32-35
• 2.5.1 金相显微镜观察32-34
• 2.5.2 扫描电子显微镜(SEM)观察34
• 2.5.3 透射电子显微镜(TEM)观察34-35
• 2.6 扫描电镜原位拉伸实验35
• 2.7 XRD测试35-37
• 第三章 实验结果与讨论37-71
• 3.1 显微硬度37-40
• 3.1.1 室温下表面机械研磨样品的硬度37-38
• 3.1.2 液氮下表面机械研磨样品的硬度38-39
• 3.1.3 不同温度对表面机械研磨样品硬度的影响39-40
• 3.1.4 小结40
• 3.2 拉伸性能40-52
• 3.2.1 室温下表面机械研磨样品的拉伸性能40-46
• 3.2.2 液氮下表面机械研磨样品的拉伸性能46-49
• 3.2.3 不同温度对表面机械研磨样品拉伸性能的影响49-51
• 3.2.4 强度-塑性配合51
• 3.2.5 小结51-52
• 3.3 梯度结构对材料的影响52-60
• 3.3.1 协同强化52-53
• 3.3.2 额外的加工硬化53-56
• 3.3.3 屈服峰现象56-60
• 3.3.4 小结60
• 3.4 显微组织分析60-71
• 3.4.1 金相观察60-65
• 3.4.2 SEM观察65-67
• 3.4.3 聚焦离子束(Focused Ion beam-FIB)67-68
• 3.4.4 XRD分析68-70
• 3.4.5 TEM观察结果70-71
• 第四章 结论与展望71-75
• 4.1 结论71-72
• 4.2 展望72-75
• 致谢75-77
• 参考文献77-85
• 附录：攻读硕士学位期间发表论文85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 熊天英,刘志文,李智超,吴杰,金花子,李铁藩;超音速微粒轰击金属表面纳米化新技术[J];材料导报;2003年03期

2 吕爱强,刘春明,刘刚;表面机械研磨316L不锈钢诱导表层纳米化[J];东北大学学报;2004年09期

3 卑多慧,吕坚,顾剑锋,卢柯,潘健生;表面纳米化预处理对低碳钢气体渗氮行为的影响[J];金属热处理学报;2002年01期

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本文编号：989045