金属铍的微屈服行为及机理研究

发布时间：2020-07-11 01:07

【摘要】： 在国家自然科学基金资助下，本研究采用光学金相显微镜，扫描电镜(SEM)、电子探针(EMSM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、力学性能(包括微屈服强度σ_(mys))等测试技术，较详尽和深入地研究了“七五”、“八五”计划期间用户一直希望解决的惯性导航和光学镜体铍材一个十分重要的问题：微屈服行为及机理。在我国金属铍的工艺、性能与微观组织结构的应用基础性研究方面进行了第一次较系统的探讨。通过本研究，基本掌握了我国铍材的σ_(mys)情况及其影响因素，为制定我国铍材σ_(mys)指标和推动铍材在航空、航天、航海方面更广泛应用将起到积极的作用。在微观组织结构研究，特别是通过位错运动状况探讨微屈服机理方面所做的工作，完善和丰富了世界σ_(mys)机理研究的内容。利用先进的气流冲击研磨方法制得稳定低氧含量的铍粉，在国际上首次研究晶粒尺寸单独对真空热压(本文简称热压)和冷、热等静压(本文简称静压)铍材σ_(mys)的影响。发现无论是热压还是静压铍材，随着晶粒尺寸的变小，其σ_(mys)显著提高，符合Hall-Petch公式。在用相同粒度粉末成形固结时，由于热压温度较高，晶粒有所长大，因此，热压铍材σ_(mys)较静压铍材低。实验还发现，含Fe、A1等杂质较少的较高纯度的热压和静压铍材主要由基体铍和氧化铍(BeO)第二相组成。静压铍材由于其细小均匀BeO的弥散分布，加上在较低温度和高压下成形固结，从而σ_(mys)较高。与美国HIP-50相当晶粒尺寸的HIP-LS-5铍材的平均。即达到99MPa，比HIP-50铍材(83MPa)高19％，也超过了美国新一代仪表级铍材1-250(97MPa)。开创性地用预烧结——酸洗工艺制备了相同粒度、不同BeO含量的铍粉，从而开展了BeO含量单独对铍材σ_(mys)影响的研究，得出一些新的结果：与BeO含量相比，BeO在铍中的分布状态对σ_(mys)的影响更大。沿晶界、晶内弥散分布的较细小BeO对基体铍有弥散强化作用，使σ_(mys)即较高；如果BeO较粗大地成簇状聚集在晶界，反而对σ_(mys)有不良的影响。在一种中等BeO含量高强高延铍材的实验中发现，1070℃热压，BeO含量为2．5％的铍材，其σ_(mys)达到71MPa，且延伸率达到3．52％。延伸率超过了同样BeO含量的美国I-250静压铍材17％，为今后用静压方法制备综合性能全面达到和超过I-250铍材进行了有益的探索。论文首次制备了铁含量基本稳定，铝含量不同的铍粉，在国内第一次较全面地进行了不同Fe／Al比铍材固溶、固溶时效和退火等热处理的σ_(mys)研究，并得出许多新的和有益的结果：对于压制态热压铍材，AlFeBe4化合物析出在三个以上晶粒交界处，且随川含量增加，该化合物的数量增多、尺寸增大；较为粗大沿晶界分布的AIFeBe。将导致O，s的降低。研究还发现，无论是热压还是静压被材，其压制态OW户固溶时效态。W户固溶态O，s；首次发现固溶时析出的BeZSIO4导致BeO的聚集；由于铁含量较低，＠不能形成有效的固溶强化，加卜BeO的聚集，是固溶态热压被材O m，s较低的主要原因。本实验进行的650℃10 ，J’时和20 ，］’时固溶时效处理，使热压被材中的Fe充分扩散到晶界，与晶界处的川、Be形成川Fa4化合物；而无论压制态、固溶态，还是固溶时效态，纯度较高的静压被材均只由基体被和第二相 BeO组成。750C和 6O（）o长时间（20 ，J’时）的退火使热压铰材中Fe、AI有效地与Be形成AIFeBfu，从而控制了晶界上游离 AI的存在，改善了材料的延伸率，且没有损害OWs。10小时和 20小时的固溶时效与两种退火工艺均使镀材位错呈现网络结构。本文在国际上还首次从微屈服过程分析和微屈服前后及不同微屈服阶段位错运动状况初步探讨了镀的微屈服机理：在被材微屈服实验过程中发现，如果一种被材在施加一小的应力时，即表现出一定应变，且随应力增加，应变增幅很快的被材，这种镀材的 O，较低；如果一种被材在一定应力范围内，应变对施加应力没有响应，且随应力增．，＿＿．＿，＿t＿、、＿．＿。，，，、＿、＿＿。、．，。＿＿＿。…．。＿＿．．一加，应变增加缓慢，这种被材的。＿较高。没有发生微屈服的被材，其晶体中的位错被B：0钉扎，位错密度高：产生IXIO“应变时，位错在局部少数晶粒中开始挣脱＊eo 钉扎而运动；50 XIO“应变时，大量位错在许多晶粒中运动，通过攀移，在晶界积聚形成“瀑布式位错幕墙＼当发生 200X 10“应变时，到处可见规范的由大量位错塞积产生 0 的“位错墙”；而试样拉断后，晶体中的位错已变得稀少。通过较大量被试样的。m，和对应。M比较研究，初步总结出了对应的规律，线性相关性较美国的为好。有望通过今后进一步的实验，总结出更为完善的规律，最终用常规Om测试代替繁琐冗长的。，s测试。通过国产和进口应变片的对比试验，确认国产
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2001
【分类号】：TG146.24

【引证文献】