| 题名 | 单相铜铝合金的疲劳损伤、晶粒细化与强韧化机制 |
| 作者 | 屈伸 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2009-02-12 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 臧启山 |
| 关键词 | 铜铝合金 层错能 循环变形 等通道转角挤压 孪晶界 疲劳裂纹 晶粒细化 强度 延伸率 |
| 其他题名 | Fatigue damage,grain refinement,strengthening and toughening mechanisms of single-phase Cu-Al alloys |
| 学位专业 | 材料物理与化学 |
| 中文摘要 | 层错能是影响材料性能和结构的一个重要参素。在循环变形和严重塑性变形过程中，不同层错能材料表现出不同的变形行为和力学性能。本文选用三种成分铜铝合金(Cu-5at%Al、Cu-8at%Al、Cu-16at%Al)为试验材料，系统地研究了具有不同层错能铜铝合金的循环变形行为、孪晶界面疲劳裂纹萌生机制，在严重塑性变形（等通道转角挤压ECAP）过程中的微观结构演化和室温力学性能，以及退火对ECAP变形后的铜铝合金的微观组织和力学性能的影响。 在恒塑性应变幅循环变形过程中，铜铝合金随层错能的降低，滑移方式从波状滑移逐渐转变为平面滑移，循环无硬化阶段逐渐出现，并变长，循环硬化率减小。其循环饱和应力增大，循环应力-应变曲线没有平台区出现；铜铝合金主要的疲劳裂纹萌生位置为大角晶界，当应变幅增大时，除大角晶界，疲劳裂纹也在滑移带处萌生。当Al含量较低时(Cu-5at%Al)，疲劳裂纹可以在交滑移交线处萌生。当Al含量较高时(Cu-16at%Al)，疲劳裂纹也容易在双滑移交线处形成锯齿状裂纹。 在恒塑性应变幅控制疲劳过程中，铜铝合金随层错能的降低，孪晶界附近滑移方式从波状滑移转化为平面滑移，Cu-5at%Al合金孪晶界两侧强滑移带沿孪晶界对称分布，强滑移带能够通过孪晶界。而Cu-16at%Al合金孪晶界两侧变形程度不同，强滑移带在孪晶界上交错分布。因此，不同层错能铜铝合金孪晶界附近疲劳开裂行为不同。高层错能Cu-5at%Al合金疲劳裂纹沿孪晶和基体内强滑移带萌生为主，并且裂纹能够穿过孪晶界。较低层错能Cu-16at%Al合金主要沿孪晶界开裂。而中等层错能的Cu-8at%Al合金两种开裂方式同时存在。同时，随层错能的降低，孪晶界抗裂纹扩展能力下降。 铜铝合金在ECAP变形中，随着层错能的降低，晶粒细化机制由位错分割转化为孪晶分裂机制。具有较高或较低层错能铜铝合金，比中等层错能铜铝合金更容易获得均匀的变形结构。在大应变下具有较低层错能材料能够形成宏观剪切带，导致沿主剪切面开裂。低层错能铜铝合金的晶粒尺寸能够被细化到纳米尺度（～80 nm）。这说明，随着层错能的降低，变形后铜铝合金的极限晶粒尺寸减小。同时dmin/b与归一化的层错能/Gb在双对数坐标下遵循线性形关系。并且层错能对极限晶粒尺寸的影响取决于线形曲线斜率的大小和外部变形条件的剧烈程度。与其它变形方式相比，通过改变铜铝合金的内部参数，降低层错能也能够提高LnZ值。这能通过极限晶粒尺寸和扩散激活能的关系来间接证明。并且，仔细分析了大塑性变形后影响微观结构的因素。具有较高或较低层错能铜铝合金，变形后的微观结构受外部变形条件影响较小。反之，具有中等层错能铜铝合金变形后的微观结构受外部变形条件影响较大。在ECAP变形中，铜铝合金的强度和塑性能够通过层错能的降低同时提高。这归因于大量变形孪晶、层错和小尺度剪切带的形成，以及它们之间的相互作用。 退火后，ECAP变形的超细晶Cu-8at%Al的热稳定性低于Cu-5at%Al。退火导致变形样品内部发生再结晶，从而使它们的塑性提高、强度降低。ECAP变形Cu-8at%Al样品的强度-塑性匹配好于ECAP变形Cu-5at%Al样品。均匀延伸率相同时，ECAP变形Cu-8at%Al样品的最高强度比ECAP变形Cu-5at%Al样品的高100 MPa左右。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 139 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/17038]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 屈伸. 单相铜铝合金的疲劳损伤、晶粒细化与强韧化机制[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2009. |
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