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形变Cu-Fe原位复合材料

葛继平  
【摘要】:本博士学位论文研究了采用感应加热熔炼及通过旋转锻、轧制和线拉变形制备形变Cu-Fe原位复合材料的方法。用光学显微镜、SEM、TEM、XRD等实验技术对形变Cu-Fe原位复合材料的Fe纤维形成过程、立体形态及影响因素进行了系统研究和分析。结果指出,Cu-Fe铸态合金由Cu基体和α-Fe组成;在变形过程中,Fe树枝晶发生转动,平行于线轴方向排列;变形先在Fe树枝晶的一端开始,逐渐发展到整个树枝晶。中间热处理有利于Fe树枝晶变形发展成纤维。Fe纤维立体形态为弯曲的薄片状。经测定形变量在η=2.60~9.40范围内Cu相和Fe纤维厚度与形变量之间的定量关系为t=ae~(-bη),a、b取决于Fe含量、原始树枝晶尺寸和中间热处理等。 用MTS测定了形变Cu-Fe原位复合材料的强度,结果指出,强度随形变量增加而提高,Fe含量高,其强度也高。强度高于混合规则计算值。分析了其强化机理,认为是界面作用的结果。强度与Cu相厚度t_(Cu)呈Hall-Petch关系式,可用几何协调位错强化模型和界面位错源强化模型描述。 用四点法测定了形变Cu-Fe原位复合材料的电阻率,结果发现电阻率与Fe含量、形变量和中间热处理等有关。合金Fe含量越高,形变量越大,电阻率越高。中间热处理能促进Fe从Cu基体中析出,有效地提高其导电性。分析了导电性机理,认为主要是界面散射电阻率和杂质散射电阻率的作用。Fe溶入Cu基体中导致大的杂质散射电阻率,提高导电性的核心是降低Fe在Cu基体中的溶解度。建立了电阻率和微观组织之间的关系,计算值和实验结果吻合得较好。 用SEM观察了加热过程中Fe纤维的形态变化,测定了Fe纤维断开的有关数据,并进行了数值模拟。结果指出,Fe纤维形状从片状到颗粒状变化有三种历程:直接柱状化→Rayleigh扰动;直接边缘球化;晶界分裂→柱状化→Rayleigh扰动。并分析了其计算模型,经比较,计算值和实验结果具有很好的一致性。 通过对强度和电导率的综合分析,提出了获得最佳结合的解决方案,并对进一步研究提出了建议。


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