外文原文-弥散强化铜合金在性能和微观结构上的冷轧效应.pdf

Sc i e n c e Pr e s s Av a i l a b l e o n l i n e a t I s c i e n c e d i r e c t c o m c c t c T T r a m No n f e r r o u s Me t S o c C h i n a 1 8 2 0 0 8 3 3 3 3 3 9 Tr a n s a c t i o n s o f No nf e r r ou s M e t a l s S oc i e t y o f Chi n a wwv C S U e d u c n y s xb Effe c t o f c o l d r o l l i n g o n p r o p e r t i e s a n d mi c r o s t r u c t u r e s o f d i s p e r s i o n s t r e n g t h e n e d c o p p e r a l l o y s G UO Mi n g x i n g 郭明星 WA NG Mi n g p u 汪明朴 S H E N K u n 3坤 C AO L i n g f e i 玲飞 L E I R u o s h a I l 雷若姗 L I S h u me i 树梅 1 Sc h o o l o f M a t e ria l s S c i e n c e a n d En g i ne e r i n g Ce n t r a l S o u t h Un i ve r s i t y Ch a n gs h a 41 00 8 3 Ch i n a 2 S c h o o l o f E n g i n e e ri n g T h e Un i v e r s i ty o f T o k y o Bu n k y o k u T o k y o 1 1 3 8 6 5 6 J a p a n Re c e i v e d 6 S e pt e mbe r 2 0 0 7 a c c e p t e d 1 9 No v e mb e r 2 0 07 Ab s t r a c t M e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d mi c r o s t r u c t u r e s o f u n i d i r e c t i o n a l l y an d t a n d e m r o l l e d a l u mi n a d i s p e r s i o n s t r e n g t h e n e d c o p p e r A DS C a l l o y s u n d e r d i ff e r e n t c o n d i ti o n s we r e i n v e s t i g a t e d b y t e n s i l e t e s t o p t i c a l mi c r o s c o p y O M t r a n s mi s s i o n e l e c tr o n mi c r o s c o p y T E M and s c a n n i n g e l e c tr o n mi c r o s c o p y S E M F o r uni d i r e c t i o n a l l y r o l l e d A DS C a l l o y s t h e i r s tr e n g t h s and e l o n g a t i o n s i n the l o n g i t u d i n a l d i r e c t i o n a r e h i g h e r t h an tho s e i n the t r a n s v e rse d i r e c t i o n un d e r b o t h c o l d r o l l ing an d a n n e a l i n g c o n d i t i o n s On c e f r a c t u r e a p p e ars i n t h e i r l o n g i t u d i n a l s tr e s s s t ra i n c u r v e s s u d d e n r e d u c t i o n o f o v e r all s tre s s l e v e l b e f o r e c o mp l e t e f r a c t u r e c an b e o b s e r v e d in the t r a n s v e rse t e n s i l e c u r v e s T h e an i s o tro p y o f me c h an i c a l p r o p e rti e s f o r the A D S C a l l o y c a n b e g r e a t l y i mp r o v e d b y t a n d e m c o l d r o l l i n g An d n o s u d d e n r e d u c t i o n o f o v e r a l l s tre s s l e v e l a p p e a r s i n the s tr e s s s t mi n c u r v e s for t a n d e m r o l l e d ADS C a l l o y s Th e d i ff e r e n c e s o f the i r mi c r o s t r u c t u r e s a n d t e n s i l e f r a c t u r e s we r e ana l y z e d I n o r d e r t o c o mp are t h e d i ffe r e n c e s o f t e n s i l e fra c t u r e me c h ani s m i n d i ffe r e n t d i r e c t i o n s 1 o n g i t u d ina l and t r a n s v e rse f r a c t u r e mo d e l s f o r un i d i r e c t i o n all y r o l l e d ADS C all o y s we r e a l s ointr o d u c e d Ke y wo r d s d i s p e rsi o n s t r e n g t h e n e d c o p p e r a l l o y un i d i r e c t i o n a l r o l l i n g t a n d e m r o l l i n g a n n e a l i n g fra c t u r e b e h a v i o r 1 I n t r O d uc t i O n Th e p u r e c o p pe r ha s h i g h e l e c t r i c a l a n d the r ma l c o n d uc t i v i t i e s b ut i t s s tre n g t h i s l o w b o m a t r o o m a n d e l e v a t e d t e mp e r a t u r e s Co mp a r a b l y a l umi n a d i s p e r s i o n s tr e n g t h e n e d c o p p e r A DS C a l l o y s p o s s e s s t h e e x c e l l e n t hi t e mpe r a t u r e p r o pe r t i e s a n d s uffi c i e n t l y h i g h pe r f o rm an c e o f e l e c t r i c a l an d t h e rm a l c o n d u c t i v i t i e s 卜2 1 T h e r e f o r e the l a t t e r h a s b e e n wi d e l y u s e d f o r c o n t a c t s l e a d wi r e s e l e c tro de s v a c u um t e c h n i q ue p a r t s an d e l e c t r i c a l c o n du c t o r s e mp l o y e d a t h i g h t e mp e r a t u r e s a n d i n n u c l e a r r e a c t o r s l 3 4 1 AD S C a l l o ys u s u a l l y are p r o d u c e d b y i n t e r n a l o x i d a t i o n 1 5 w h i c h i n v o l v e s d i ff u s i o n o f o x y g e n i n c o p p e r a l l o y s a n d f o rm a t i o n of o x i d e s o l u t e As i n t e r n a l o xi d a t i o n i s a d i flu s i o n c on tro l l e d p r o c e s s t h e t i me r e q u i r e d for c o mp l e t e i n t e r n a l o xi d a t i o n i s d e p e n d e nt o n t h e s p e c i me n s i z e An y wa y the i n t e ma l o x i d a t i o n t i me s h o u l d b e a s s h o rt a s p os s i b l e wh i c h c an a v o i d bo th t he i n c r e a s e o f a l umi n a p a r t i c l e s i z e an d r e d uc t i o n o f p a r t i c l e s tr e n g t h e n i n g e ff e c t c a u s e d b y the l o n g e r in t e r n a l t i me 6 The r e f o r e c h o os i n g a p p r o p ria t e i n t e r n a l o x i d a t i o n p r o c e d ur e p ara me t e r s i s v e r y i mp o rtan t for AD S C a l l o y s p r o d u c t i o n A c o mme r c i a l ADS C a l l o y Gl i d c o p ma d e b y i n t e r n a l o x i d a t i o n i s c u r r e n t l y a v a i l a b l e l 1 h o we v e r t h e r e e x i s t s a g r e a t s h o rtc o m i n g i n the i n t e rna l o xi d a t i o n p r o c e s s tha t ing o t s c an n o t b e h e a t p r e s s e d t o c o mpl e t e d e n s i fic a t i o n an d o the r wo r k i n g me tho d s s u c h a s h ot e x t r u s i o n h o t r o l l i n g o r c o l d r o l l i n g s ho ul d b e u s e d T o we l l c h ara c t e r i z e ADSC a l l o y s mu c h wo r k wa s fo c u s e d o n t he i r p r e p ara t i o n me t h o ds an d r e c r y s tal l i z a t i o n b e h a v i o r s 7 1 l 1 w h i l e the i r c o l d w o r k i n g b e h a v i o r s we r e s e l d o m r e p o rte d e s p e c i a l l y the i r e ffe c t s o n fra c t u r e p r o pe rti e s an d mi c r o s t r u c t u r e s o f the ADSC a l l o y s i n di ffe r e n t d i r e c t i o ns Ac c o r d i n g l y t h e fra c t u r e b e h a v i o r s a n d me c h an i s m o f AD S C a l l o y s u nd e r d i ffe r e n t c o n d i t i o n s we r e i n v e s t i g a t e d i n t hi s wo r k 2 Ex pe r i me nt a l Th e e x p e r i me n tal A DS C a l l o y 0 0 5 A1 ma s s fr a c t i o n 0 2 3 A 1 2 03 v o l u me fr a c t i o n w a s p r o d u c e d F o u n d a t i o ni t e m P r o j e e t s 2 0 0 2 AA 3 0 2 5 0 5 2 0 0 6 A A 0 3 Z 5 1 7 s u p p o r t e db y t h e Na t i o n a l H i g h T e c h R e s e a r c h a n dDe v e l o p m e n t P r o g r a mo f C h ma C o r r e s p o n d i n g a u t h o r G U O Mi n g x i n g T e l 8 6 7 3 1 8 8 3 0 2 6 4 F a x 8 6 7 3 1 8 8 7 6 6 9 2 E ma i l min g x i n g g u o 1 6 3 c o rn 维普资讯 3 3 4 G UO Mi n g x i n g e t a l T r a n s No n f e r r o u s Me t S o c C h i n a 1 8 2 0 0 8 b y s i mpl i fie d i n t e r n a l o xi d a t i o n Th e f a b ric a t i o n p r o c e d u r e i s a s f o l l o w s C u A l 0 0 5 ma s s fr a c t i o n a l l o y i nd u c t i o n me l t i ng ni t r o g e n a t o mi z a t i o n mi x i ng o f Cu Al a l l o y a nd o x i d a n t i n t e r n a l o x i d a t i o n a t l 0 0 0 f 0 r 1 h h y d r og e n r e d u c t i o n a t 9 0 0 f o r 1 h v a c u u m h o t p r e s s i n g 9 5 0 f o r 3 h 2 7 MP a 1 3 3 1 0 P a 一 h o t e x t r u s i o n a t 9 3 0 e x t r u s i o n r a t i o n 5 0 l 1 T h e s h e e t s p e c i me n s O f ADSC a l l o y we r e c u t b y e l e c t r i c s p a r k ma c h i n i ng t o a t hi c k ne s s o f a p p r o xi ma t e l 0 l n l T 1 And t he n s e v e r a l s h e e t s we r e u n i d i r e c t i o n a l l y c o l d r o l l e d b y 8 0 a t r o o m t e mpe r a t u r e o t he r s we r e t a n d e m c o l d r o l l e d b y 9 0 a t r o o m t e mp e r a t u r e The c o l d r o l l e d s h e e t s we r e i s o t he l ma l l y a n n e a l e d a t 9 0 0 for 1 h i n t he hy d r o g e n f u rn a c e And t h e d e f mi t i o n o f l o n gi tud i n a l a n d 仃a n s v e r s e d i r e c t i o ns f 0 r t h e s a mp l e s i s s h o wn i n Fi g 1 b F i g 1 De fi n i t i o n o f l o n g i t u d i n a l a n d t r a n s v e r s e d i r e c t i o n s o f s a mp l e s a U n i d i r e c t i o n a l r o l l i n g b T a n d e m r o l l i n g La t h s ha p e d t e ns i l e s pe c i me n s we r e ma c hi ne d from c o l d r ol l e d a n d a n n e a l e d s h e e t s Uni a xi a 1 t e n s i l e t e s t s we r e pe r f o r me d o n t h e I NS TRON me c h a ni c a l t e s t ma c hi ne a n d t h e t e n s i l e s pe e d r a t e wa s 2 r n m mi n Gr a i n mo r p ho l o g y a nd o t h e r i n t r i n s i c mi c r o s t r u c t u r a l f e a tur e s we r e r e v e a l e d u s i n g a n e t c h an t mi x tur e o f 5 mL f e r r i c c hl o r i d e 2 5 mL h y dro c h l o ric a c i d a n d 1 0 0 mL d i s t i l l e d wa t e r Th e po l i s h e d a n d e t c h e d me t a l l og r a p hi c s p e c i me n s we r e e x a mi n e d i n a NEOPHOT 2 1 me t a l l o g r a p h i c mi c r o s c o pe F r a c t u r e s u r f a c e s o f the d e f o r me d t e n s i l e s a mp l e s we r e e x a mi n e d in a KYKY 28 0 0 t y pe s c a n ni n g e l e c t r o n mi c r o s c o pe u nd e r c o n tro l l e d v o l t a g e o f 2 0 kV T r a n s mi s s i o n e l e c tr o n mi c r o s c o p e T E M o b s e r v a t i o n o f t h e ma t e ria l s wa s p e r f o r me d o n FEI TECNAI G 仃a ns mi s s i o n e l e c tro n mi c r os c o p e a t 2 0 0 k V T h i n f 0 i l s a mp l e s w e r e e l e c tr o p o l i s h e d in a t wi n j e t i ns t r u me n t u s ing a n mi x t u r e o f 3 0 h y dro g e n n i tra t e an d a l c o h o l a s b a l a nc e 3 Re s u l t s a nd d i s c u s s i o n 3 1 M e c ha ni c a l pr o p e r t i e s Fi g 2 s ho ws the di ffe r e n c e o f t he s tre s s s tra i n c u r v e s for u n i d i r e c t i o n a l l y r o l l e d ADS C a l l o y s u n d e r d i ffe r e n t c o n di t i o ns I t c an b e s e e n t ha t t h e s tre ng t h s o f c o l d r o l l e d a l l o y a r e mu c h hi g h e r t h a n t h o s e of a n n e a l e d a l l o y i n tw o di r e c t i o n s whi l e t h e e l o n g a t i o n s o f c o l d r ol l e d a l l o y a r e l o we r And b ot h t h e l o n g i tud i n a l s tre n g t hs a n d e l o n g a t i o n s for c o l d r o l l e d a n d a nn e a l e d a l l o ys a r e hi g h e r t h a n t h o s e of tra n s v e r s e di r e c t i o n Th e r a t e o f o 1 0 n g o a n s 2 G 10 n g i s l o n g i tud i n a l s tr e n g t h o t r a n s i s 仃 a n s v e r s e s tr e n g t h o f a n n e a l e d A DS C a l l o y i s l o w e r t h a n t h a t o f c o l d r o l l e d T a b l e 1 I n a d d i t i o n fr o m F i g 2 i t c a n a l s o b e s e e n t h a t o n c e f r a c tur e a p pe a r s o n t h e l o n gi tud i n a l s 仃e s s s 仃a i n c u rv e s a s ud d e n r e d u c t i o n o f o v e r a l l s tre s s l e v e l c a n b e o b s e rv e d t h a t i s t h e T Wi c e Fr a c tur e p h e n o me n o n a D p e a r s Th e p os s i b l e r e a s o ns for t h i s p he n o me n o n wi l l T a b l e 1 Co n t r a s t o f s t r e n g t h a n d e l o n g a t i o n o f ADS C a l l o y s u n d e r d i fi e r e n t c o n d i t i o n s 凸 器 S t r a i n F i g 2 S t r e s s s tr a i n c u r v e s o f u n i d i r e c t i o n a l l y c o l d r o l l e d A DS C a l l o y s u n d e r d i ff e r e n t c o n d i t i o n s 1 C o l d r o l l i n g 0 2 A n n e a l i n g 0 3 C o l d r o l l i n g 9 0 4 A n n e a l i n g 9 0 维普资讯 G U O Mi n g x i n g e t a l T r a n s No n f e r r o u s Me t S o c C h i n a 1 8 2 0 0 8 3 3 5 b e d i s c us s e d l a t e n I n c o n t r a s t t h e d i ffe r e n c e s o f s tre n g t hs o r e l o n ga t i o ns o f t a n d e m r o l l e d ADS C a l l o y s i n t h r e e d i r e c t i o n s 0 4 5 a n d 9 0 d i r e c t i o n a r e s l i g h t F i g 3 e s p e c i a l l y u n d e r c o l d r o l l i n g c o n d i t i o n whi c h i nd i c a t e s t h a t me c h a n i c a l a n i s o tro p y o f t h e ADSC a l l o y c a n b e g r e a t l y r e d uc e d b y t a n d e m r o l l i n g T he s tre n g t h s i n t hre e d i r e c t i o n s a l l d e c r e a s e a fte r a n n e a l i n g a t 9 0 0 b u t t h e i r e l o n g a t i o n s a r e i mp r o v e d gre a t l y F i g 3 T h e me c h a n i c a l a n i s o tro p y i s i n c r e a s e d a fte r a n n e a l i n g an d the d e c r e a s e v a l u e o f s tre n g th i n l o n gi t u d i n a l d i r e c t i o n 0 d i r e c t i o n i s t h e s m a l l e s t As h i g h e r s tr e n g t h o f c o l d r o l l e d a l l o ys i s ma i n l y a t t rib ut e d t o t he p r e s e n c e of Al 2 O3 r e i nfor c i n g p h a s e tha t a c t s a s ba r r i e r t o t h e mo v e me n t of gra i n b o un d a r i e s an d d i s l o c a t i o n s t h e c o n c o mi tan t i n c r e a s e i n d i s l o c a t i o n d e n s i t y i s p a r t i a l l y r e s p o n s i b l e f o r t h e i n c r e a s e d s tre ngth o f ADS C a l l o y s And d i s l o c a t i o n r e a c t i n g wi t h e a c h o the r i n t he a n n e a l i n g pr o c e s s l c a d s t o t h e d e c r e a s e o f s tre n gth I t i s we l l k n o wn tha t t h e me c ha n i c a l p r o p e r t y i s ma i n l y r e l a t e d t o i t s mi c r o s t r u c t ur e The r e for e the i r d i 仃e r e n t t e n s i l e f r a c t u r e b e h a v i o r s me n t i o n e d a b o v e a r e ma i n l y r e s ul t e d fro m the d i ffe r e n t mi c r o s t r u c t u r e s 矗 S t r a i n Fi g 3 S t r e s s s t r a i n c h i v e s o f t a n d e m c o l d r o l l e d ADS C a l l o y s u n d e r d i ff e r e n t c o n d i t i o n s 1 C o l d r o l l i n g 4 5 2 C o l d r o l l i n g 9 0 3 C o l d r o l l i n g 0 4 A n n e a l i n g 0 5 A n n e a l i n g 4 5 6 A n n e a l i n g 9 0 3 2 M e t a l l o g r a p hi c a l mi c r o s t r u c t ur e F i g 4 s ho ws me tal l o g r a p h i c a l mi c r o s t r u c t u r e s o f u ni d i r e c t i o n a l l y r o l l e d ADSC a l l o y s Hi g h l y e l o n g a t e d fi b r e s t r u c t u r e t h a t i s p a r a l l e l t o t h e r o l l i n g d i r e c t i o n i s o bs e r v e d i n t h e c o l d r o l l e d s pe c i me n an d t h e l e n g t h t o w i d th r a t i o o f fi b r e s i s mu c h h i g h e r F i g 4 a Be c a u s e t h e a l u mi n a c o n t e n t for thi s ADSC a l l o y i s l o we r a b o u t 0 2 3 v o l u me fr a c t i o n i t s a b i l i t y t o i n h i bi t t he r e c o ve r y a n d r e c ry s t a l l i z a t i o n o f the C u 0 2 3 Al 2 01 v o l um e fra c t i o n a l l o y i s n o t s tro n g t h e r e f o r e a l a r g e n umb e r o f r e c rys t a l l i z a t i o n gr a i n s wi t l l d i ffe r e n t s i z e s a r e g e ne r a t e d a fte r a n ne a l i n g y e t t h e c o n fig u r a t i o n o f t he e l o n g a t e d fib r e s t r u c t u r e s t i l l e x i s t s F i g 4 b T h e me tal l o gra p h i c a l mi c r o s t r u c t u r e s o f t a n d e m r o l l e d ADS C a l l o y s un d e r di ffe r e n t c o n d i t i o ns c an b e o b s e rv e d i n Fi g 5 I t c a n be s e e n tha t fib r e s t r uc t u r e d o e s n o t e x i s t i n t h e ma t r i x o f c o l d r o l l e d ADSC a l l o y a n d i t s d e f o r ma t i o n mi c r o s t r u c t ur e i s muc h mo r e h o mo g e ne o u s Ho we v e r t h e c o n fig u r a t i o n o f c r os s fi b r e s t r u c t u r e a p p e a r s a f t e r a n n e a l i n g a t 9 0 0 a s F i g 4 Me t a l l o g r a p h i c a l mi c r o s t r u c t u r e s o f u n i d i r e c t i o n a l l y r o l l e d A DS C a l l o y s u n d e r d i ff e r e n t c o n d i t i o n s a C o l d r o l l i n g b y 8 0 b A n n e a l i n g a t 9 0 0 F i g 5 M e t a l l o g r a p h i c a l mi c r o s t r u c t u r e s o f t a n d e m r o l l e d ADS C a l l o y s u n d e r d i ff e r e n t c o n d i t i o n s a C o l d r o l l i n g b y 9 O b A n n e a l i n g a t 9 0 0 维普资讯 336GUOMing xing etal Tr ans Nonfer rousMet Soc China18 2008 ar r owd irections show ninFi g 5 b andr ecrystal l i zation gr ai nscannotbe obs ervedbVm etallograph ic microscope wh ichm ayberes ultedfromthefact that tandemr ol l ingmakesdispersionpaniclesd istributem or e uni fonl llV anditsabi l itytoinh i bitrecovery and recrystal l izationiSimproved 3 3 I E Mmierostructure Inthecoldrol l ing pr ocess disper sednanoalumina parti cles canincr eascthedislocationdensityandchange thedcfonn ations ubstr uct u r e aswel l Theseef fects dependonboththeinterparticle spacingandthesize of the parti cles Fr omFi g 6 theT EMmicr ostr uctur eOf unidir cctional lvr olledADSC al loysunderd if ferent cond itionscanbeobs er ved Elongated dislocationcel l substructureswithseriousl yt angledd islocationinthem or ontheirboundar y arefor m edbycoldr ol l ing Yet its col dr ol lingmicr ostructur echangesobviousl y after anneal ingat900 Fig 6 b Largerand longer recrystal l ization gr ai nsarefor m ed however m anyfine aluminaparticles withtangleddislocation sar oundcanbe observedinthose r ecr yst al l ization gr ai ns The r ccr vstal lizatiOn pr ocess ofparti cle cont ainingal loysiS determined bym anyfactor s 11 includingtheparticle size theinterparticle spacing andthe w ayofcol drol l ing F i g 6 T EMmicr ogr aphs ofuni d ir ectionallyrol ledADS Cal loys underdi fferentcond itions a Col drol l ingby8 0 b Anneal ingat900 C am ongwhichtheinterparticlespacingisthe most important Forth isAD S Calloyfalumina contentiSonl y 0 23 volum efraction thoughthe parti clesizeis smal ler about20 40nm theinterparticlespacingis longer Thedisper salalumina par ticlescan pi nthe subgr ainboundariesand dislocations but the pi nning ef fectiS notr em arkab le Ther efor e recrvstal l ization gr ai nswithdi f fer entsizesar eform edafter anneal ingat 900 Fi g 7showsT E Mmicrostr uctur es oftandemrolled ADS Ca1Ioysunderd i fier entconditions Itcanbeseen Fi g 7TEMmicr ographs oftandemrol ledADS Cal loysunder d i f fer entconditions a b Col drol l ingby90 C Anneal ing at900 C 维普资讯 G UO Mi n g x i n g e t a l T r a n s No n f e r r o u s Me t S o c C h i n a 1 8 2 0 0 8 3 3 7 t h a t t h e TEM mi c r os t r u c rar e i s c o mp l e t e l y di ffe r e n t fro m t h a t o f u ni di r e c t i o n a l l v r o l l e d ADSC a l l o y S e rio u s l y t a n g l e d d i s l o c a t i o n l i n e s a nd d i s l o c a t