雙相纖維復(fù)合Cu-6%Ag合金組織演化及強(qiáng)化機(jī)制.pdf

1、通過冷拉拔結(jié)合熱處理制備的納米纖維復(fù)合強(qiáng)化Cu-Ag導(dǎo)線具有優(yōu)異的強(qiáng)度和良好的電導(dǎo)率。已有研究初步闡明了Ag含量、熱處理工藝和變形量對合金性能的影響規(guī)律，分析討論了合金中各種強(qiáng)化因素并提出相應(yīng)強(qiáng)度計(jì)算模型。
　　 為進(jìn)一步深入研究冷變形過程合金組織演變及合金強(qiáng)化機(jī)制，本研究通過真空熔煉銅模澆鑄Cu-6％Ag合金，對合金固溶時(shí)效處理后進(jìn)行多道次冷拉拔制備了具有納米纖維組織的Cu-6％Ag線材。采用金相顯微技術(shù)和電子顯微技術(shù)系統(tǒng)地觀

2、察了各制備階段的合金組織。采用電子萬能試驗(yàn)機(jī)測試了不同變形量的Cu-6％Ag合金強(qiáng)度，結(jié)合顯微組織觀察結(jié)果分析合金強(qiáng)化機(jī)制，初步建立了應(yīng)變過程顯微組織演化與材料宏觀性能之間的關(guān)系。
　　 Cu-6％Ag合金固溶時(shí)效后組織包含大量彌散分布在Cu基體的納米Ag析出相。Ag析出相通常為短棒狀，慣習(xí)面為{111}，慣習(xí)生長方向?yàn)?110>。Ag析出相與Cu基體具有cube-on-cube位向關(guān)系，<011>Ag//<011>Cu并且{1

3、11}Ag//{111}Cu。Cu/Ag相界面平直，界面上存在周期排列的錯配位錯，錯配位錯的平均間距為9(111)Cu。
　　 冷變形過程中Ag析出相與Cu基體逐漸轉(zhuǎn)動到平行拉拔方向并在大變形量下演變成納米纖維結(jié)構(gòu)。纖維直徑和纖維間距都隨變形量的增大而減小。在變形初期，組織內(nèi)位錯密度隨變形量的增大而增大并逐漸形成位錯胞。當(dāng)變形量增大到η=6.0左右位錯胞結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，部分胞壁轉(zhuǎn)變?yōu)閬喚Ы?，位錯密度有所下降且分布不均勻。同時(shí)原先粗大的

4、Cu晶粒分裂為數(shù)個(gè)取向各異的小品粒。在大變形量下合金組織出現(xiàn)形變孿晶，形變孿晶數(shù)量在η=5.0左右到達(dá)最大值，之后隨變形量的增大而減少。形變孿晶主要通過界面發(fā)射的肖克萊位錯束集以螺旋切變方式形成，貫穿Cu、Ag兩相并中止于Cu/Ag相界面。Cu/Ag相界面在強(qiáng)應(yīng)變過程中逐漸偏離{111}而轉(zhuǎn)變?yōu)榻咏叫杏趝422)，變形前清晰的平直狀界面也逐漸變得模糊彎折，兩相界面的匹配度降低。Cu/Ag界面上錯配位錯的間距隨變形量的增大逐漸偏離理論值

5、(9(111)Cu)。當(dāng)Ag纖維直徑減小至2 nm左右，大部分的Cu/Ag界面上沒有錯配位錯存在，Cu/Ag界面由半共格界面轉(zhuǎn)變?yōu)楣哺窠缑?。界面類型的轉(zhuǎn)變與界面能隨纖維尺寸的變化有關(guān)，當(dāng)纖維直徑小于2 nm時(shí)共格界面具有相對低的界面能，而當(dāng)纖維直徑大于2 nm時(shí)半共格界面具有相對低的界面能。
　　 Cu-6％Ag合金強(qiáng)度隨變形量的增大而增大。在η<3.0時(shí)的變形范圍內(nèi)，加工硬化主要來自于位錯胞對位錯的阻礙作用。在3.0<η<7.

6、0的變形范圍內(nèi)，加工硬化主要來自于Cu/Ag相界面和孿晶界對位錯的阻礙作用，硬化效果顯著；在η>7.0的變形范圍內(nèi)，高度納米化的纖維組織內(nèi)僅包含單個(gè)位錯，加工硬化效果較弱，導(dǎo)致強(qiáng)度趨于飽和。合金組織中豐富的界面是合金在大變形量下仍具有高的加工硬化效果的主要原因。
　　 Cu、Ag兩相在應(yīng)變過程中保持一種動態(tài)協(xié)調(diào)變形。兩相的實(shí)際變形量在變形過程總體同步而局部不同步，交替領(lǐng)先。兩相相同的晶體點(diǎn)陣類型以及一致的晶體取向和相近的應(yīng)變硬化

7、特征使得兩相能保持總體協(xié)調(diào)變形；兩相點(diǎn)陣參數(shù)的不同以及相尺寸的差異導(dǎo)致兩相局部變形的不協(xié)調(diào)。
　　 基于離散位錯塞積的位錯自由程強(qiáng)化模型很好地解釋了Cu-6％Ag合金在強(qiáng)應(yīng)變過程中的強(qiáng)化行為，根據(jù)該模型預(yù)測的強(qiáng)度與其他已報(bào)導(dǎo)的Cu-Ag二元合金試驗(yàn)結(jié)果相符。初步推斷通過強(qiáng)變形獲得高強(qiáng)度的Cu-Ag二元合金的強(qiáng)化機(jī)制都可通過位錯自由程強(qiáng)化模型得以解釋。相比于晶粒尺寸、位錯密度、界面等其他強(qiáng)化因素，位錯自由程是控制合金強(qiáng)化的更根本的