【摘要】：隨著電子產(chǎn)業(yè)及精密儀器的快速發(fā)展,金屬薄板在電子產(chǎn)業(yè)、醫(yī)療器械、微機電系統(tǒng)等新興領(lǐng)域中的應(yīng)用日漸提升,材料輕量化、小型化、集成化是時代所趨,具備一定強度的銅合金以其優(yōu)異的導電、導熱性能,廣泛地用于各行各業(yè)。然而,由于試樣尺寸較小,與宏觀條件下的成形規(guī)律有所差異,表現(xiàn)出明顯的尺寸效應(yīng),制約了合金薄板小型件的發(fā)展。因此,在微尺度下探究板料流動應(yīng)力尺寸效應(yīng),了解晶粒尺寸對材料拉伸力學性能以及彎曲回彈的影響規(guī)律,在傳統(tǒng)塑性成形理論基礎(chǔ)上探究和預測適用于微塑性成形的流動應(yīng)力,對促進銅合金薄板微塑性成形發(fā)展具有重要意義。本文通過對Cu-3wt.%Ag-0.5wt.%Zr(Cu3Ag0.5Zr)合金進行固溶、再結(jié)晶退火和時效工藝處理,研究了材料熱處理條件下的微觀組織演化;在945℃條件下進行再結(jié)晶退火熱處理來調(diào)控材料晶粒尺寸,在475℃條件下進行時效處理調(diào)控材料析出相含量的多少,建立了材料晶粒長大方程和時效析出動力學方程。通過單向拉伸試驗,分析了析出相和晶粒尺寸對材料流動應(yīng)力的影響規(guī)律,研究了材料的加工硬化規(guī)律和斷裂機制,發(fā)現(xiàn)材料的流動應(yīng)力隨著晶粒尺寸的減小和析出相含量的增加而增大;由于自由表面對位錯沒有阻礙能力,當試樣厚度方向晶粒數(shù)量減少到只有3~5個時,表層晶粒所占比重加大,流動應(yīng)力下降明顯,表現(xiàn)出明顯尺寸效應(yīng);在表面層模型的基礎(chǔ)上,對傳統(tǒng)多晶體Hall-Petch關(guān)系式進行了修正,并考慮晶界強化、固溶強化、析出相強化多種強化機制,建立并驗證了Cu3Ag0.5Zr薄板考慮尺寸效應(yīng)在內(nèi)的拉伸本構(gòu)模型,建立的材料本構(gòu)方程精確度很高,具有很好的預測評估材料流動應(yīng)力的能力。基于拉伸流動應(yīng)力尺寸效應(yīng)模型,拓展研究了合金彎曲回彈問題;通過理論分析三點彎曲力、彎矩、回彈角等相關(guān)參數(shù),建立了考慮材料流動應(yīng)力尺寸效應(yīng)本構(gòu)方程在內(nèi)的彎曲回彈模型;結(jié)合室溫三點彎曲試驗,分析了晶粒尺寸和析出相對材料彎曲性能的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)彎曲實驗結(jié)果和理論結(jié)果趨勢一致,材料的彎曲應(yīng)力隨著材料晶粒尺寸的減小和時效析出相含量的增加而增大,并且回彈角也表現(xiàn)出了和拉伸類似的尺寸效應(yīng)拐點規(guī)律。
【圖文】：

圖 1-2 合金元素對電導率的影響[13]合金發(fā)展現(xiàn)狀表明，Cu-3wt.%Ag-0.5wt.%Zr 合金的主要強化機時效強化作用[22-24]。對于純銅金屬來說，，軟態(tài)時再結(jié)晶溫度約為 270℃，其軟化溫度在 140℃左右強度要求。圖 1-3 為室溫下 CuAgZr 合金的三元等其共晶溫度 965℃時，鋯在銅中的極限溶解度為 0 0.01wt.%[26]。同時，CuAgZr 合金中 Zr 的加入對 高 Cu 合金的抗氧化溫度和熱強度，極低的固溶度，且 Zr 元素能明顯細化銅基體的晶粒[27,28]。二系合金中，Ag 在 Cu 中溶解度在其共晶溫度 g 分布在銅合金的固溶體中，提高了銅合金的強度效果，同時，銀的導電導熱性優(yōu)于銅，所以銀元

圖 1-3 室溫下 CuAgZr 合金的三元等溫截面圖和液相線投影圖[25]1.3.1 合金元素對合金性能的影響合金元素添加含量對合金的性能影響也是十分重要，Benghalem 等人[30]通過研究 Cu-(3~72)wt.%Ag 發(fā)現(xiàn)，含 Ag 低于 6wt.%時鑄態(tài)合金由單一固溶體組成，第二相極少；含量在 6~15wt.%時開始出現(xiàn)富 Ag 強化相且一般為離異共晶組織，通過冷變形能增加合金強度，產(chǎn)生纖維強化效應(yīng)；含量繼續(xù)增加則出現(xiàn)層狀共晶組織，力學性能因此變差。從原料狀態(tài)角度講，不應(yīng)選擇 Ag 含量過高的合金，防止影響固溶時效后性能。因為 Ag 含量過多將使合金熱導率迅速下降，也使得材料成本大大增加。同樣，Zr 含量也對金屬材料的力學性能有非常重要影響。早在之前研究中就有學者指出：Cu-Zr 合金有很好的析出強化效應(yīng)，Zr 元素的加入，可以使銅合金的再結(jié)晶溫度明顯提升，由于 Zr 在 Cu 中的固溶度最小，所以效果比其他元素都要明顯，表 1-2 中列出了鋯元素的部分含量對銅合金軟化溫度的影響[31]。賈淑果等人[32]研究發(fā)現(xiàn)：Cu-0.1wt.Ag-0.18wt.Zr 相比 Cu-0.1Ag 合金硬態(tài)下硬度達到 175HV，
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG146.11

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本文編號：2550157