论文部分内容阅读
在传统的强化方式中,强度的提升总伴随着塑性的下降,反之亦然。本文以铜和铜合金为研究对象,将合金化和铸造工艺相结合制备不同组织结构的铜样品,以期获得强、塑性的同时提升。作者等人制备出两组铸态铜合金样品:(Ⅰ)Cu-10Sn-2Zn和Cu-10Sn-2Zn-1.5Fe-0.5Co锡青铜合金;(H)纯铜、Cu-(1.0,1.5,2.0,3.0)Fe-0.5Co 和 Cu-1.5Fe-0.1Sn 合金,分别采用金相、扫描、透射等表征手段和常温拉伸测试研究了两组样品的微观组织与力学性能。对于第Ⅰ组,铸态Cu-10Sn-2Zn-1.5Fe-0.5Co合金中大量富铁纳米颗粒弥散分布在平均尺寸23 μm的等轴晶内部(定义为NPFG结构,NP:nanoparticle,FG:fine grain),粗大的脆性δ富锡相得以消除,富铁纳米颗粒具有多种晶体学特征。结合DSC、APT技术和Thermo-Calc软件,分析得出富铁纳米颗粒与铜基体的交互作用产生NPFG结构的机制以及“纳米墙”抑制锡偏析的机制,利用MS理论解释了富铁纳米颗粒的球状不稳定性。相比原始合金,NPFG结构锡青铜的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别由225MPa、128MPa和12%提升到463MPa、215MPa和28%,说明纳米颗粒-细微晶协同强化可实现高强度和高塑性。对于第Ⅱ组,富铁纳米颗粒随着铁含量的增加而粗化,纳米颗粒在长大过程中经历了球状→立方状→花瓣状的演变。Fe、Co元素的加入引起柱状晶→等轴晶转化和晶粒细化,Sn元素的加入提高晶粒细化的效率。Cu-(1.5～3.0)Fe-0.5Co和Cu-1.5Fe-0.1Sn合金中获得NPFG结构,纳米颗粒-细微晶协同强化导致强度和塑性同时提升到纯铜的两倍左右。作者观测到四种典型的富铁纳米颗粒,结合Thermo-Calc计算和相场模拟,研究了富铁纳米颗粒的析出行为、晶体结构和形态演变机制。利用异质形核机制解释了晶粒的演化。结合原位透射拉伸和强化模型,定性和定量地分析了 NPFG结构铜合金的强化机制,提出NPFG结构的最优配置是界面钝化(如无尖锐边角的球状)的细小纳米颗粒+细微晶粒(1～1OOμm)+具有高线性错配度和高生长限制效应的微量固溶元素。本文给出了 NPFG结构的制备和优化思路,可期用于制备大尺寸和复杂形状的高强、塑性的块体金属材料。