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《中南大学》 2011年
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细晶W-Cu合金高温力学性能与动态力学行为的研究

刘辉明  
【摘要】:材料的力学性能通常既与材料本身条件如内部微观组织结构有关,又与加载时的外部条件如变形温度、加载速率、变形程度等因素有关,深入了解材料在特殊条件下的响应特性对材料的结构设计和安全有着非常重要的意义。为了研究细晶W-Cu合金的高温力学性能与动态力学行为,本论文采用喷雾干燥-氢气还原制备的纳米W-Cu复合粉末,通过氢气烧结工艺制备出性能较好的细晶W-Cu合金。研究了细晶W-20Cu、W-30Cu、W-40Cu和W-50Cu合金在不同拉伸温度下的力学行为和断口特征,分析W-Cu合金的高温断裂机制;同时还研究了细晶W-40Cu和W-50Cu合金在高应变率下的动态力学行为,对比了不同应变速率、不同温度和不同合金成分对细晶W-Cu合金显微组织和动态力学性能的影响。其主要结论如下: (1)研究了4种不同成分细晶W-Cu合金在200℃-800℃范围内的高温力学性能,结果表明:细晶W-Cu合金的力学性能随温度的升高表现出基本相同的变化趋势:其拉伸强度均随温度升高而降低,延伸率在室温-400℃时略微地呈下降趋势,在400℃以上时延伸率开始迅速上升。不同合金成分比例对细晶W-Cu合金拉伸性能影响较为明显,Cu含量增多,合金的抗拉强度下降,延伸率上升。 (2)研究4种不同成分的细晶W-Cu合金的高温断裂机制:在室温条件下,细晶W-Cu合金的断裂主要包括W晶粒的沿晶断裂与Cu相的延性撕裂。温度在400℃时,Cu相进入“中温脆性”区而使得塑性下降,而此时W相发生了塑脆转变,钨颗粒塑性提高使得两相协调变形能力增强,两者综合对合金的拉伸性能产生影响而使得其延伸率变化不大,相对于室温时呈略微下降的趋势。当温度达到800℃时,由于高温软化作用,Cu相的流动性大大增强,材料的断裂方式主要受Cu相的影响而表现出很好的延性断裂。 (3)研究了细晶W-40Cu和W-50Cu合金在不同温度和不同应变率范围内的动态力学性能,结果表明:在高速加载下,细晶W-Cu合金会出现应变硬化和应变率热软化效应。不同应变率对细晶W-Cu合金材料的动态屈服强度的影响不明显,但是对合金塑性变形的影响较大;温度对合金的动态力学性能有一定的影响,当温度升高时,由于高温软化作用,合金的屈服强度呈下降的趋势。同时,温度对材料变形程度也有一定作用,随着温度升高,细晶W-Cu合金的变形量也略微地呈上升趋势,合金的塑性增加;不同Cu含量的细晶W-Cu合金在高速加载下其应力-应变曲线变化趋势大体相同。常温条件下,细晶W-40Cu与细晶W-50Cu合金表现出相近的屈服强度。当温度升高时,细晶W-40Cu的屈服强度高于细晶W-50Cu合金。 (4)采用经典的经验本构模型—Johnson-Cook本构模型对两种不同成分细晶W-Cu合金进行拟合,得到了细晶W-40Cu合金和细晶W-50Cu合金的动态本构方程。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG146.11

【参考文献】
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