低層錯能銅合金的強韌化研究

《低層錯能銅合金的強韌化研究》是依託昆明理工大學，由龔玉蘭擔任項目負責人的地區科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：低層錯能銅合金的強韌化研究
• 項目類別：地區科學基金項目
• 項目負責人：龔玉蘭
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

本項目首先進行銅合金的成分設計，研究加入不同合金元素對銅層錯能的影響，得到低層錯能銅合金。其次在液氮冷卻的條件下對銅合金進行大塑性加工變形，得到超細晶粒，同時在超細晶粒內部產生納米變形孿晶。最後將經過大塑性變形後的銅合金進行退火熱處理，使合金在退火過程中形成納米退火孿晶。通過這種方法製備的納米孿晶銅合金將具有較穩定的微觀組織、較高的強度、一定的塑性及良好的導電性能。擬解決如下問題：（1）納米尺度的變形孿晶和退火孿晶形成機理與層錯能的關係，層錯能對孿晶層間距大小的影響；（2）塑性變形過程中，變形溫度和應變速率等條件對晶粒大小、變形孿晶的尺寸等組織結構演變的影響；退火工藝對變形後材料的微觀組織（主要是晶粒大小、變形孿晶）的影響，特別是對退火孿晶的形成規律進行深入研究；（3）研究孿晶界與位錯之間的互動作用，從理論上解釋孿晶對材料強度和塑性的影響，建立微觀組織和力學性能、導電性能的定量關係。

結題摘要

純銅擁有良好的延展性，但強度較低。傳統的材料強化方式在提高強度的同時會導致塑性急劇降低。通過設計顯微組織和加工工藝，在提高材料強度的同時，仍然保留良好的塑性。本項目進行銅合金的成分設計，研究加入不同合金元素對銅層錯能的影響，得到低層錯能銅合金。採用低溫和高應變速率條件下對銅合金進行塑性變形，可以引入納米孿晶來改善塑性。對純銅及低層錯能銅鍺合金進行塑性加工得到納米結構材料，研究合金含量、層錯能、應變數等參數對晶粒尺寸、位錯密度、孿晶密度等微觀組織的影響，闡明了形變誘導的硬化和軟化機理。在納米結構銅合金中發現了反常的退火硬化現象，研究了退火工藝對微觀組織穩定性和退火孿晶的影響，揭示了納米結構低層錯能材料退火硬化及軟化的機理。晶粒尺寸均勻分布的納米結構金屬材料的塑性仍然較低，設計微觀組織不均勻的異質結構材料，有望打破強度-塑性的倒置關係。用表面機械研磨處理（SMAT）製備了梯度結構純銅、銅合金及鎂合金，闡明了加工時間和溫度對梯度結構純銅組織和性能的影響，系統研究了不同層錯能的銅合金經過不同時間SMAT處理後的微觀組織和力學行為的變化規律，研究了鎂合金中梯度層的體積百分比對力學性能的影響。我們的研究揭示了梯度結構材料的微觀組織變化規律及協調變形機制，為使低層錯能銅合金獲得優異性能提供了參考。