2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、形變Cu-Fe原位復合材料由于Fe纖維強化效果好且價格低廉等優(yōu)點一直受到國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。但由于Fe在Cu基體中的高溫固溶度大,低溫擴散速度慢,導致過量Fe原子固溶在Cu基體中,從而危害復合材料導電率。因此,如何促進Cu基體中Fe原子的析出并優(yōu)化Cu-Fe原位復合材料強度和導電率的匹配是當前研究的重點和難點。針對這些問題,本文結(jié)合國內(nèi)外高強高導Cu基原位復合材料研究現(xiàn)狀,通過多元合金化的方式來抑制基體中Fe原子的固溶,促進Fe原

2、子的析出,并分析合金元素對復合材料的作用機制。
  本文采用的技術(shù)路線如下:首先采用CALPHAD(Calculation of PhaseDiagram)相圖計算技術(shù)對所研究的Cu-Fe-Ag和Cu-Fe-Ag-P系合金進行相平衡熱力學計算,指導合金成分設(shè)計和熱處理工藝;其次利用熔鑄法和冷拉拔變形工藝制備不同成分的Cu-Fe-Ag和Cu-Fe-Ag-P系原位復合材料,研究Ag和P對Cu-Fe原位復合材料組織和性能的影響;最后通過

3、均勻化熱處理和時效熱處理來研究熱處理工藝對Cu-Fe-Ag和Cu-Fe-Ag-P原位復合材料的組織和性能的影響,并分析Ag和P在熱處理過程中的作用機制。實驗中采用X-射線衍射儀(XRD),光學顯微鏡(OM),掃描電子顯微鏡(SEM),透射電子顯微鏡(TEM)等結(jié)構(gòu)分析手段和拉伸實驗,電阻率測量實驗,系統(tǒng)地研究了Ag和P對Cu-Fe原位復合材料組織和性能的影響,獲得到如下結(jié)論:
  Cu-Fe-Ag三元體系相圖熱力學計算結(jié)果表明,A

4、g能降低Fe在Cu中的最大固溶度,起到抑制Fe的固溶作用。隨著Ag含量增加,F(xiàn)e在Cu中的最大固溶度逐漸減小;在500℃,Cu-Fe-Ag富Cu角開始析出平衡相α-Fe,800℃時富Cu角開始出現(xiàn)液相;Ag能使Cu-Fe熔體形成溶混間隙,隨Ag含量增加,溶混間隙向高溫方向擴大;Cu-Fe-Ag-P系熱力學相圖計算結(jié)果表明,P<0.1at.%,在300℃~700℃范圍,Cu-Fe-Ag富Cu角可以形成FeP,F(xiàn)e2P,F(xiàn)e3P和Cu3P相

5、。
  Ag能細化初生Fe枝晶,隨Ag含量增加,初生枝晶更細,但Ag>1%后細化效果不明顯。揭示了初生枝晶細化機理是Ag能降低Cu/Fe之間的界面能,促進γ-Fe粒子的形核,增大形核速率。變形組織中,Cu-Fe-Ag復合材料更容易形成纖維結(jié)構(gòu)組織。在變形程度相同的條件下,隨著Ag含量增加,纖維厚度和間距越小。
  對形變Cu-Fe-Ag和Cu-Fe-Ag-P原位復合材料的強度進行分析,揭示了形變Cu-Fe-Ag和Cu-Fe-

6、Ag-P原位復合材料多元多尺度強化機制:首先是變形過程中形成的Fe纖維對復合材料的強化,即σfilament,纖維對復合材料的強化作用滿足Hall-Peteh公式,其次是基體中固溶的Fe原子和Ag原子對基體的強化作用,即σFe和σAg,最后是Cu-Fe-Ag-P基體上析出粒子的強化,即σprecipitate,析出粒子強化滿足Orowan強化機制。根據(jù)這些物理模型結(jié)合實驗數(shù)據(jù),得到了合金元素Ag和P對復合材料的強化機制模型,即σC=σf

7、ilament+σAg+σFe+(σPrecipitate)其中,σfilament=1002×λ-1/2△σFe=57× C1/2△σAg=98×C2/3△σPrecipiate=0.84MGb(1-v)-1/2/2πL lnr/b
  通過均勻化熱處理細化了合金鑄態(tài)組織,促進2次Fe粒子和納米粒子析出。隨著Ag含量增加,初生枝晶尺寸更小。大變形條件下,均勻化熱處理的復合材料能獲得更高的強度,其來源于變形過程中形成細小的纖維引起

8、的界面強化。均勻化熱處理使Ag抑制了Fe在Cu中重新溶解,促進了大量二次Fe粒子的析出,減少了雜質(zhì)原子散射,使復合材料導電率提高4-5%IACS。
  中間時效熱處理使Cu-Fe-Ag基體析出大量納米α-Fe粒子,大小約為20nm,導致三次中間時效熱處理后復合材料導電率提高近20%IACS。時效過程中Ag加速了Fe原子的形核和析出,但Ag的存在降低了纖維熱穩(wěn)定性,使部分Fe纖維發(fā)生開裂。最終的時效熱處理導致Cu-Fe-Ag-P復合

9、材料基體析出大量的納米Fe3P粒子(50nm)和球形α-Fe粒子(20nm),這些粒子的析出使復合材料導電率提高約18%IACS。時效過程中基體發(fā)生了回復與再結(jié)晶,使復合材料強度有所下降。
  通過同步輻射反常X射線小角散射對等溫時效過程中Cu-0.6Fe和Cu-0.6Fe-0.5Ag(at.%)合金中Fe粒子的析出行為進行實時觀測,獲得了α-Fe粒子析出動力學方程:R1=0.08t1/2和R2=0.09t1/2。動力學方程表明,

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