厦门理工学院金属材料工程专业毕业论文

1、毕 业 论 文中文题目深冷处理对BS型Cu基触头组织结构的影响英文题目The effect of cryogenic treatment on the Structure of BS type Copper based contact or organization 院 系：材料科学与工程学院年级专业：2010级金属材料工程姓 名： 学 号：1008102110指导教师： 职 称：副教授201 年 月 日毕业设计（论文）诚信声明书本人郑重声明：在毕业设计（论文）工作中严格遵守学校有关规定，恪守学术规范；我所提交的毕业设计（论文）是本人在 指导教师的指导下

2、独立研究、撰写的成果，设计（论文）中所引用他人的文字、研究成果，均已在设计（论文）中加以说明；在本人的毕业设计（论文）中未剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果，未篡改实验数据。本设计（论文）和资料若有不实之处，本人愿承担一切相关责任。学生签名： 年 月 日【摘要】低温处理是一个令人兴奋的、重要的和廉价的技术，并且已有了许多重要发现和拥有很多未来的发展前景。低温处理是将材料在非常低的温度77K下冷却进行处理。这种技术已被证明能有效的提高材料如金属，合金，塑料和复合材料的物理和机械性能。它提高了磨损，磨损，腐蚀和腐蚀，耐久性和稳定的各种材料的强度特性。低温处理能改善和稳定的晶格结构和分布的碳粒子在

3、产生更强、更耐用的材料。在本文中，我们回顾了深冷处理对某些金属，合金，塑料和复合材料的影响，包括组织和硬度的变化。【关键字】低温处理，金属，合金，塑料，复合材料1 【Abstract】 Cryogenics is an exciting, important and inexpensive technique that already has led to main discoveries and holds much future assurance. Cryogenic processing is the treatment of the material sat very low tem

4、perature around 77K. This technique has been proven to be efficient in improving the physical and mechanical properties of the materials such as metals, alloys, plastics and composites. It improves the wear, abrasion, erosion and corrosion resistivity, durability and stabilizes the strength characte

5、ristics of various materials. Cryogenic renes and stabilizes the crystal lattice structure and distribute carbon particles throughout the material resulting a stronger and hence more durable material. In present paper, we have reviewed the effect of cryogenic treatment on some metals, alloys, plasti

6、cs and composites.，including changes in microstructure and hardness.【Keywords】 Cryogenic processing，Metals，Alloys，Plastics，Composites1目录第一章 绪论11.1 前言11.2 深冷处理发展历史11.3 深冷处理机理11.3.1 黑色合金(钢铁)的深冷机理11.3.2 常用工模具钢深冷处理效果与主要作用机理31.3.3 马氏体相变与深冷处理的研究讨论41.4 深冷处理设备51.5 深冷处理应用61.6 深冷处理效果61.7.选题的目的、意义及内容71.7.1 选题的

7、目的及意义71.7.2 主要研究内容8第二章 深冷处理实验方案及方法92.1 前期准备92.1.1 实验材料92.1.2 实验设备及用品92.1.3 实验步骤92.1.4 研究的工艺流程 102.2 深冷处理及测量材料性能 102.2.1 深冷处理 102.2.2 洛氏硬度、密度和电导率的测量 11第三章 实验结果分析123.1.1 分析深冷处理时间对材料的显微硬度的影响 123.1.2 分析深冷处理时间对材料的电导率的影响 143.1.3 分析深冷处理时间对材料的密度的影响 163.1.4 分析深冷处理对材料内部组织结构的影响 1717第四章 总 论19致 谢20参考文献 21第一章 绪 论

8、在一般工业材料通过冷处理的一般步骤冷却至温度低于零摄氏度（通常是0 - 100）处理方法称为普通冷处理；而低于100（通常是-100 - 196）冷处理称为深冷处理。深冷处理通常被称为超低温处理，这是一个普通热处理的延续，低温技术的一个分支。深冷处理低温环境下将待加工的工件在特定的，可控的，微观结构的变化，从而达到提高材料性能的新技术。要处理的材料在低温下由于微观结构的变化，在耐磨性的宏观性能，材料的导电性，硬度，拉伸强度提高，国内外学者进行了大量的研究。通过查阅中国知网全文数据库，根据关键词及作者名搜索，找到了有关深冷处理对材料的影响等内容相关的文章数十余篇，摘录主要内容。本文介绍了深冷处理

9、的含义及应用、深冷处理对材料组织的影响等内容1,2。早在100年前，对关键零部件的手表埋寒冷的高山雪为了提高时钟使用寿命的瑞士手表；和一些有经验的工具制造商在使用工具，刀具存放在冰箱的几个月，可以达到类似的效果。现在，他们已经用冷处理的无意识。中国起步较晚的深冷处理的研究和开发，在第二十世纪80年代末，中国研究人员已经开始对过程的研究，深冷处理机理，材料主要集中在工具钢，模具钢和高速钢。研究结果表明，比一般的性能普遍提高冷处理后的深冷处理后，材料的性能。近年来，随着低温技术的发展，低温处理从黑色金属的研究逐步扩展到有色金属和复合材料，并已在研究取得了一定的进展3。关于深冷处理的机理问题，现在还

10、处于一个研究初期阶段，对材料内部变化机理的认识还不够完善。相对来说有关黑色金属(钢铁) 的深冷机理已经研究得较为深入、透彻，各国研究者已达成一些共识，而有色金属及其它材料的深冷处理机制研究的相对较少，也不是十分清楚，现有的机理分析基本上是沿用钢铁材料的相关理论4,5,6。1.3.1黑色合金(钢铁)的深冷机理 关于钢铁材料的深冷处理的作用机理，国内外的研究已较为广泛和深入且大家均已基本取得共识，主要的观点如下： （1）残余奥氏体的改变 低温下(即Ms点以下) 残余奥氏体继续发生相变，转变为马氏体，提高了工件的硬度和强度。有学者认为深冷处理可以完全消除残余奥氏体；也有学者发现深冷处理只能降低残余奥

11、氏体的数量，但不能完全消除；还有人认为深冷处理改变了残余奥氏体的形状、分布和亚结构，有利于提高合金材料的强度与韧性。 对合金工具钢和结构钢来说，其硬度主要取决于内部残余奥氏体的量。在深冷处理过程中，残余奥氏体的数量受到两个因素制约：一是深冷处理前材料中奥氏体的数量；二是材料的马氏体开始转变点Ms和马氏体转变结束点Mf。而马氏体开始转变点Ms主要取决于材料的化学成份，其中又以碳含量的影响最为显著。材料中残余奥氏体的存在，除了使得材料硬度降低以外，在使用或保存过程中残余奥氏体还会发生转变，使材料在磨削过程中可能出现裂缝。从这个角度来看，残余奥氏体的存在会损害材料的耐磨性。但是，经深冷处理之后的合金

12、材料中，残余奥氏体是相当稳定的组织，此时残余奥氏体处于等轴压应力状态，而等轴压应力不会引起塑性变形，这部分残余奥氏体很少再发生转变，它在磨损过程中以韧性相出现，起到缓和应力，防止接触疲劳扩展的作用，使材料的韧性增加。所以，深冷处理对降低材料中的残余奥氏体含量，提高材料的硬度及耐磨性起了很大作用，此外材料中一定量残余奥氏体的存在对提高材料的韧性也是有好处的。 （2）从马氏体中析出超细碳化物 这一点主要原因为马氏体基体组织经深冷处理后，由于体积收缩，铁的晶格常数有缩小的趋势，从而增加了碳原子析出的驱动力；另一方面，低温下残余奥氏体转变为马氏体，合金材料的内应力增加，也促进了碳化物的析出。于是在随后

13、的回火过程中，在马氏体的基体上析出了大量弥散的超微细碳化物，从而引起材料强化。 （3）组织细化 组织细化引起工件的强韧化。这主要指原来粗大的马氏体板条发生了碎化。有研究学者认为马氏体点阵常数发生了变化；也有研究学者认为马氏体分解析出微细碳化物时造成了组织细化。 （4）表面产生残余压应力 深冷处理过程可能引起材料内部缺陷(微孔，内应力集中部位) 的塑性流变。在随后的复温过程中在空位表面产生残余应力，这种应力可以减轻缺陷对材料局部强度的损害。最终表现为磨料磨损抗力的提高。 （5）深冷处理部分转移了金属原子的动能 原子间既存在使原子紧靠在一起的结合力，又存在使之分开的动能。深冷处理部分转移了原子间的

14、动能，从而使原子结合的更紧密，提高了金属的性能。 7,8,9表1-1 常用工模具钢的深冷处理效果及深冷主要作用机理材料主要效果作用机理碳素工具钢T8显著提高耐磨性从超细碳化物马氏体析出，弥散强化；残余奥氏体向马氏体转变，提高其硬度和强度；显微组织细化，引起工件的强韧化。T12硬度提高1HRC，相对耐磨性提高40%低合金工具钢9Mn2V提高硬度，减小残奥量，降低残余应力CrWMn冷冲模具钢Cr12提高硬度和耐磨性，寿命提高1倍Cr12MoV稳定尺寸，寿命提高910倍7Cr7Mo2V2Si提高强韧性和疲劳寿命9SiCr提高硬度和冲击韧性GCr15提高硬度、冲击韧性、抗弯强度和冲击韧性D2热作模具钢

15、3Cr2W8V提高硬度、强度和耐磨性高速钢W18Cr4V提高硬度、红硬性、耐磨性和冲击韧性，使用寿命提高25倍W5MoCr4V2其他钢铁材料深冷处理效果及作用机制表1-2 钢铁材料的深冷处理效果及深冷主要作用机理材料主要效果主要作用机理渗碳钢20#提高硬度、强度和韧性残余奥氏体转变；马氏体分解析出和超细碳化物生成；产生表面压应力20Ni3Mo组织细化；析出超细碳化物；促进残余奥氏体转变20Cr2Ni4提高工件表面硬度和精度降低残余奥氏体含量18Cr2Ni4W20CrMnTi提高表层硬度，减少脱碳碳素结构钢45#提高使用寿命表面形成残余压应力合金结构钢40Cr减弱或消除高温回火脆性析出超细碳化物

16、；基体组织和碳化物细化20MnV提高硬度和耐磨性，显著提高冲击韧性40MnVB不锈钢300、400系列17-4PH提高耐磨性和耐腐蚀性弹簧钢65Mn改善疲劳性能和耐磨性能超高强度钢TRm80改善塑性和抗疲劳裂纹扩展能力马氏体中碳化物析出强化耐磨铸铁镍硬铸铁高铬铸铁显著提高抗磨能力，使用寿命91%残余奥氏体转变为马氏体材料经奥氏体化后快速冷却，在较低温度下发生无扩散型的马氏体相变。马氏体转变是强化材料的重要手段之一，是一种非常重要的固态相变。人们对马氏体相变的研究经历了近100 年的时间，形成了一些理论。但有些理论还不十分完善，如形核理论，切变模型等尚存在一些争议，缺乏统一的认识。国内的徐祖耀、

17、邓永瑞、王世道等研究学者对马氏体相变的热力学、动力学、晶体学、形核长大等各方面进行了较为深入、系统的研究，提出了一些马氏体相变的形核理论及物理模型，对马氏体相变理论的进展和马氏体相变在铁基合金、有色合金、陶瓷材料和其他无机非金属材料方面的应用做出了重要的贡献11。 材料的马氏体相变是一种无扩散相变，通过切变完成晶格改组，而不涉及成分变化，只有在冷却过程中具有同素异构转变的材料才可能有马氏体转变。由于马氏体转变的无扩散性，相变需要很大的驱动力和过冷度。由淬火冷却形成的马氏体相变，又称为热诱发马氏体相变，经淬火处理后再进行回火处理，来调整硬度、韧性等以满足各种工件的不同性能的要求。目前工业生产中，

18、金属材料的淬火工艺主要是将工件加热到材料的 Ac3 或 Ac1 以上 30-50，保温一定时间后，快速在水，盐水或油中冷却。这些淬火介质的淬冷能力虽然都很强，但是由于先转变的奥氏体对未转变的奥氏体的转变具有抑制作用，只有进一步增加相变驱动力，即增加过冷度才能使相变继续进行，所以对于大多数的铁碳合金，淬火后总是存在一部分残余奥氏体。若残余奥氏体含量过大，将会直接影响回火处理的质量，达不到工件所要求的性能。此外，对于某些不锈钢，高合金钢，氧化锆陶瓷等由于其 Ms（马氏体转变开始温度）远远低于室温，所以常规的淬火介质不能使材料淬火后得到全部马氏体。因此，为了提高工件的性能及使用寿命，得到满意的淬火质

19、量，尽量减少残余奥氏体以获得最大数量的马氏体，目前工业上采用深冷处理的方法，即淬冷至室温的材料继续冷却到更低的温度，使残余奥氏体在这一过程中继续转变为马氏体。这样可进一步提高钢的硬度和耐磨性，并稳定钢件的尺寸。 深冷处理涉及到的关键技术之一就是如何方便、快捷、低廉、可靠且可控地获得低温。因为装置的性能直接影响到深冷处理工艺的进行。如同热处理一样，如果不能保证热处理工艺的合理进行，就难以充分发挥金属材料的潜力，难以达到提高零件质量和延长使用寿命的目的。深冷处理工艺也是如此，要想在实际应用中确保深冷处理技术对处理材料产生预想的效果，就必须保证深冷处理工艺的合理12。合理的深冷处理工艺的顺利执行，这

20、就要求所使用的深冷装置满足以下要求： （1）可靠性高，使用寿命长； （2）温度场和温度控制准确率均匀分布；（3）制冷剂耗量少，节约成本； （4）加工工件范围广。 目前深冷处理的设备主要有两种形式，一种采用压缩空气来致冷，最低使用温度为-100，而最常用的深冷设备都采用液氮致冷，它既经济又方便。液氮制冷的方式，大致可以分为下面两种方式： （1）液氮浸泡式制冷：将工件直接放到装有液氮的容器中，使工件骤冷至液氮温度，并在此温度下停留一段时间，最后复温而完成整个深冷处理过程。深冷处理的研制前期都是采用液氮浸泡式方法进行深冷处理的。由于这种深冷处理工艺简单方便，应用较为广泛。但是，这种方法的降温速度较快

21、，导致热应力过大，容易对工件 材料造成组织损害，而且工件材料在降温过程中降温速度是不可控制的，进而影响工艺的可调性。 （2）利用液氮的汽化潜热或者低温氮气制冷：利用低温氮气实现制冷的原理是低温氮气与材料直接接触，通过对流换热来使材料温度降低，而利用液氮的汽化潜热的原理就是液氮 与材料不直接接触而通过间接方式使材料温度降低。 该深冷处理系统的处理室内通过对流换热的方式对工件材料进行处理，即液氮经喷管喷出后在深冷箱内直接汽化，利用汽化潜热及低温氮气吸热使处理箱及被冷工件温度降低， 通过控制液氮的输入量和风机的转速来控制降温速度，并实现对处理温度的自动调节。依靠这种系统对材料进行深冷处理时，具有换热

22、效果好、降温速度和处理温度可控、温度分布均匀等优点。随着深冷处理技术和材料科学的不断发展，深冷处理技术已经从传统的钢铁材料延伸到粉末冶金、铜合金、铝合金及其它非金属材料(如塑料、尼龙等)，应用范围遍及诸多领域。以下将分别介绍深冷处理在这些材料中的具体应用及深冷处理效果的对比13。1.6深冷处理效果 采用深冷处理技术可以明显提高材料的使用寿命。如高速钢、工具钢、模具钢、铜电极、粉末材料、硬质合金等等。表3和表4分别为美国和我国一些单位采用深冷处理延长工件使用寿命的实例；表5为部分常用模具材料经深冷处理后耐磨性变化的比例系数。从三个表格可以看出，深冷处理对于不同材料的工件和工具产生了不同的效果，使

23、零部件和工具的耐磨性显著提高16,17。表3 美国采用深冷处理延长零件使用寿命的实例公司处理的材料处理的零部件原寿命处理后的寿命效果（提高倍率）Metals铜电极触头2周6周Chrysler1020钢拉刀（拉钢套管）1810 件拉8600件1020钢拉刀（拉连杆锻件）拉1500 件拉8600件FordM2拉刀拉孔2000件拉孔12000件表4 国内深冷处理提高工件使用寿命的实例材料处理前寿命处理后寿命效果（提高倍率）5cm 端面铣刀，加工 C1065 钢65件200件钢锯条，加工 C107 壳体上的轮毂4h6h冲孔冲头64件5820件切丝板牙，用在 M485 壳体上225件487件9SiCr

24、钢冷拉伸凸模制造 202 轴承内圈5000件15000件表5 模具经深冷处理后的寿命变化模具名称材料未深冷的工具寿命深冷处理后的工具寿命效果（提高倍率）M16切边模9SiCr1000 件5000 件M16冲孔冲头W12RE20000 件40000 件M16冲孔冲头65Nb10003000搓丝板滚针Cr12MoV8000180001.7选题的目的、意义及内容选题的目的及意义随着机械工业的不断发展，对金属材料的要求也越来越高，如何在材料以及热处理工艺既定的前提下尽量提高金属工件的机械性能及使用寿命，这成为很多热处理行业前沿人士思考并探索的问题。在模具的制造生产过程中，模具质量的优劣直接影响企业的经

25、营状况，利用深冷处理技术，提高模具的使用寿命，增加企业的经济效益。所以低温改性技术在模具行业中得到应用，取得良好的经济效益，推而广之具有很大的实用价值。深冷处理在航空航天、武器、工程机械、道路桥梁、半导体、电器、计算机等领域有着广泛的应用前景。本研究的主要目的是在实验室研究中探索不同长度的冷却时间对铜基材料性能的影响。主要探究了在不同的冷却时间下铜基材料硬度、密度、体积的变化趋势，来寻求最佳的深冷处理方式，为生产大批量优质材料奠定基础。本论文的主要研究内容是研究冷却时间对铜基材料性能的影响，具体表现以下几个方面：1.采用液氮对铜基材料进行冷处理，并以1h、2h、6h、12h、24h为实验时间。

26、2.进行数据分析，了解材料硬度、密度和电导率的变化趋势。3.分析处理前与处理后内部组织结构的变化。4.探究冷却时间对材料性能的影响。第二章 深冷处理实验方案及方法（1）钨铜合金：钨和铜组成的合金，常用合金的含铜量为10%50%。高硬度，具有很好的导电导热性。（2）液氮：液态的氮气；在常压下，液氮温度为196。实验设备表2-1 实验设备设备名称设备型号规格生产商用途数控线切割机DK7732采用划线法切割合金试样自动转台显微硬度计HVS-1000Z上海研润光机科技测量合金试样的显微硬度涡流电导仪ZXDT-101上海正夕自动化科技测量合金试样的电导率电子天平FC 104精度：上海精密科学仪器公司测量

27、合金试样的质量和体积，求出密度金相显微镜AFT-DC200上海金相机械设备观察试样的金相组织金相试样抛光机YMP-2B上海金相机械设备对合金试样进行抛光实验用品（1）烧杯 （2）铁条 （3）细绳 （4）蒸馏水液氮气化时温度降低至-196，以达到深冷处理所需温度。BS型铜基触头应选取其中一组，作为实验前后的对比参照。（1）选取一块钨铜合金材料，将其中一个最光滑的面磨平。（2）用数控线切割机切割钨铜合金（垂直于光滑面切割），制得两块钨铜合金标准试样并标记为1和2。 以1h、2h、6h、12h为实验周期进行冷却，在一定的条件下检测钨铜的洛氏硬度、电导率、密度等物理性能。 将1号试样（未深冷处理）进行

28、硬度测量、电导率测量、密度测量。2号试验放入液氮中后，以1h、2h、6h、12h180h为实验周期依次进行检测。深冷处理实验结束后，将1号试样（未深冷处理）和2号试样（深冷处理120h和深冷处理180h）进行金相观察，对比深冷处理前后的组织的不同。深冷处理（cryogenic treatment）又称超低温处理(一般为-130以下)，是指将被处理的对象置于特定的、可控的低温处理环境中，使材料的微观组织结构产生变化，从而改善材料性能的一种工艺方法。一般以液氮来达到冷却效果。液氮如图2-1所示：图2-1 准备液氮时的现象操作方法：1.用细绳将钨铜固定在铁条上。 2.将钨铜放进装有液氮的保温瓶里。2

29、.2洛氏硬度、密度和电导率的测量 本实验中采用HVS-1000Z自动转台显微硬度计进行硬度测量。测试条件：载荷4.903N，载荷时间10s，物镜倍率40X。 不规则形状的材料就采用比较简单的方法进行一般性测量-排水法。操作方法是：先用电子秤称量钨铜材料的质量并记录。然后将钨铜材料固定在一根细线上（体积可忽略），再把装一定量水（必须能完全淹没铜基材料）的烧杯放在电子秤上并等读数稳定后调零，接着拉紧细绳并将固定钨铜材料的一头伸入水下（一定不要让材料转动或者碰到烧杯壁和底部），读取电子秤示数并记录。每组样品进行三次测量，取三次测量实验结果的平均值作为最后的结果记录，最后用公式（密度=质量体积）计算。

30、 实验过程中，采用涡流电导仪来测量材料电导率。其操作步骤为：先安装好电导仪的零件，之后进行校准（空中校准、第一标块校准、第二标块校准先后进行），校准确保无误后，就可以进行电导率测量了。由于材料各个部位的电导率不同的问题，我们可以对每组样品进行五次测量，取五次测量实验结果的平均值作为最后的结果记录。第三章 实验结果分析表3-1 钨铜合金处理前与深冷处理后的显微硬度洛氏硬度（HV）第一组第二组第三组第四组第五组平均值0h1h2h6h12h24h36h48h60h72h84h96h108h120h132h144h156h168h180h4图3-1 钨铜合金处理前与深冷处理后各阶段的显微硬度变化趋势图

31、通过对试验结果的分析，表明了深冷处理可以提高钨铜合金显微硬度，但并不是深冷时间越长越好，而是存在一个最佳深冷时间：最佳深冷时间为132h，硬度从326.804变为416.104，提高了27.3。而通过对比深冷处理前后的组织结构，会发现会形成亚晶结构，从而使晶粒细化，形成细晶强化，提高钨铜合金材料的显微硬度。结合第二次试验结果分析，说明了通过深冷处理可以提高合金材料的显微硬度。结合之前的对比处理前后的微观组织结构，会发现会形成亚晶粒结构。综上所述可以总结出，随着温度下降，合金材料的表面残余压应力有较大程度升高。从微观角度分析，低温下残余奥氏体继续发生相变，转变为马氏体，提高了合金材料的硬度和强度

32、。表3-2 钨铜合金处理前与深冷处理后的电导率电导率（IACS）第一组第二组第三组第四组第五组平均值0h1h2h6h12h24h36h48h60h72h84h96h108h120h132h144h156h168h180h图3-2 钨铜合金处理前与深冷处理后各阶段的电导率变化趋势图得到了材料深冷处理前后的电导率变化曲线，对比未处理到冷却180h的实验结果不难发现，深冷处理前后，钨铜合金材料的密度差别并不大。从电导率变化趋势图上看，材料的电导率几乎是趋于平稳。由图3-2可以认为，合金材料的电导率主要受其组成成分的影响。推知冷却时间不是合金材料的电导率的主要影响因素。根据所查资料分析，相比温度，化学

33、成分对电导率的影响占据更大的主导性。表3-3 钨铜合金处理前与深冷处理后各阶段的密度冷却时间（h）质量（克）体积（立方厘米）密度（克立方厘米）728496108120132144156图3-3 钨铜合金处理前与深冷处理后各阶段的密度变化趋势图钨铜合金材料在不同时间的深冷处理后的密度变化趋势见图2-4。由图可知，在一定范围内，随着冷却时间的增加，钨铜合金的密度呈现上升趋势，密度从。通过数据比较，发现深冷处理过后的钨铜材料的密度与未深冷处理的相比，有大幅度的增加。但随着冷却时间的进一步增加，材料密度处于平稳状态。从宏观方面说，固态物体都具有热胀冷缩的特性，在一定范围内，随着冷却时间的增加，固体体积

34、下降，密度上升。从微观方面讲，材料遇冷时受到压应力作用，体积减小，当达到屈服极限时，体积减小速度变慢甚至停止。 图3-4 未深冷处理 图3-5 深冷处理120小时图3-6 深冷处理180小时从图3-4、图3-5和图3-6中可以看出，深冷处理后试样的组织中出现大量的较细小亚晶粒（晶粒细化），致使基体组织是产生了亚晶粒的显微结构。根据所学的材料科学的内容分析，由于温度降低，合金的变形的变形能量，相当一部分可以转化为能量，可提高合金材料的性能。另外，由于此时的合金结构是亚稳态。因此，组织必须沿位错线和晶界析出强化阶段（第二相析出）。随着冷却时间的增加，晶粒细化和第二相析出会越来越明显。 本章以对未深

35、冷和深冷处理1h，2h，6h，12h，24h，36h 180h的钨铜合金试样分别进行显微硬度、密度和电导率测量，通过对实验结果的分析，具体结论如下： （一）通过对试验结果的分析，表明在一定的时间范围内，显微硬度随着深冷处理时间的增加而增加，深冷处理能更有效的提高合金材料的显微硬度。通过结合材料科学基础的晶体位错一文，金属材料由常温下进入低温环境，所受的轴向压应力增加，合金组织中产生了内应力并产生应力集中，致使微观组织结构发生位错变形，合金材料的硬度开始增加。随着深冷处理时间的增加，轴向压应力的作用时间增长，显微组织结构的位错程度更加明显，变形能增加，显微硬度增加。（二）通过对比各组钨铜合金的电

36、导率，发现是否进行深冷处理和冷处理时间对材料电导率的影响不大，初步判断温度不是合金材料的电导率的主要影响因素。通过查阅资料并分析，合金材料的电导率主要和成分有关，改变组成元素才能有效的改变合金材料的电导率。材料的电导率对我们日常生活也有极大的帮助，比如输电。若温度对电导率的影响比化学成分的影响更为显著，我们的日常生活将收到许多不利影响。（三）由图3-3可知，合金材料的密度随着深冷处理的时间的增加而增加，深冷处理对合金材料的密度有不同程度的提高。对钨铜合金来说，通过深冷处理132h即能达到最大值，之后一直处于稳定状态。经过对实验结论分析并结合所学的知识，根据质量守恒、热胀冷缩与材料科学基础的原理

37、，可以分析得到固体物质由于热胀冷缩的作用遇冷时会收缩，因此深冷处理过程中极低的温度下导致合金材料表面的压应力明显增强，而且合金材料深冷处理的时间的增加，受到轴向压应力作用的时间增加，从而造成应力集中，合金材料的体积减小。在深冷处理前后的合金材料的质量不变的前提下，密度和体积呈反比例趋势，所以合金材料的密度增加。随着深冷处理时间的增加，使得合金材料的抗压强度显著提高，故可将说明深冷处理对合金材料的压缩疲劳性能的有增强作用。这就可以解释为什么深冷处理一段时间后，材料的密度趋于稳定状态。（四） 观测合金材料未深冷处理的微观组织、深冷处理120h和深冷处理180h的微观组织，可以明显看到：深冷处理过后

38、，组织结果中出现了大量的亚晶粒结构。结合以前所学的知识，合金材料在液氮中受冷，所受应力为压应力，并且深冷处理可以诱发马氏体相变（由残余奥氏体变为马氏体）和第二相析出，使得合金组织处于亚稳态结构，微观结构组织中显现了大量的细小的亚晶粒结构。（五） 深冷处理后试样的组织中出现了晶粒细化，存在大量的较细小的亚晶粒。经分析得知，原因是由于温度降低，合金材料由于热胀冷缩作用受到压应力，且同时诱发马氏体相变和第二相析出，产生变形能，材料内能升高和形成弥散强化，使得合金组织处于亚稳态。这些亚晶粒与位错相互作用，大大增强了结构的稳定性，使材料的力学性能得到提高。从合金材料的显微组织的改变可以更有力的说明深冷处

39、理可以使材料性能得到改善。第四章 总论研究结论：本文通过对未深冷和深冷处理1h，2h，6h，12h，24h，36h 180h的钨铜合金试样分别进行显微硬度、密度和电导率的测量，并对不同条件下的钨铜材料的内部组织进行分析。重点研究了不同的冷却时间对钨铜材料性能及内部组织的影响。1.钨铜合金的显微硬度变化趋势图说明，对金属材料的深冷处理存在一个最佳的时间。在这个时间范围内，对合金材料进行深冷处理可以提高合金材料的硬度值。而超过了这个范围，深冷处理对材料的硬度就没有太大的影响了。2.通过计算与比较材料的密度变化情况得出，密度随着冷却时间的增加呈现上升趋势。主要原因是金属材料都具有热胀冷缩的特性。在质

40、量不变的情况下，由于热胀冷缩的作用遇冷时会收缩，使得体积下降，密度上升。3.根据试验过程中的电导率的变化趋势分析，深冷处理对材料的电导率没有影响。通过观察钨铜合金的电导率变化趋势，发现深冷处理和冷处理时间对密度的影响不大。4.通过对比未深冷处理的、深冷处理120h和180h的组织结构可以看出，深冷处理过后，材料的内部的组织结构变得更加密集，组织中出现大量较细小的亚晶。通过数据比较，发现在一定范围内，随着冷却时间的增加，钨铜合金的密度呈现上升趋势。深冷处理过后的钨铜材料的密度与未深冷处理的相比，有大幅度的增加。通过所学的知识加以分析，材料遇冷时受到压应力作用，并产生应力集中，合金材料的体积减小，

41、而降低温度不会使合金材料的质量发生变化。所以当质量一定时，体积减小，材料密度上升。经分析表明，由于合金材料在深冷处理过程中产生了内应力，并产生应力集中，致使材料的内部组织产生了亚晶，这些亚晶与位错相互作用大大增强了组织结构的稳定性，使材料的力学性能得到提高。下一步工作设想1.对其他合金的深冷处理工艺进行进一步研究，包括进行冷却温度和冷却方式等，了解深冷处理对合金材料内部组织的影响等，对合金材料的优质性能进行进一步分析；2.设计深冷处理方式，能够合理把握深冷处理对材料性能的影响；3.采用更加廉价的冷处理方式作为加工方法，探索用深冷处理制备优质材料的新工艺；4.对深冷处理过后不同的合金材料的性能做

42、更加详细的研究，包括晶粒大小、残余压应力、马氏体数量变化趋势等因素进行详尽的分析，以求达到控制微观结构来生产优质合金。致 谢在完成此次毕业论文的几个月里，得到了很多人的帮助，也在他们的帮助下成长了很多，收获了很多，在此谨表深深的谢意。本课题在选题及研究过程中得到了 教授及张福斌学长的悉心指导。因为我有再准备二战考研，遇到困难比较多，胡教授和张学长都能及时的给我指导和帮助，引导我从一头雾水的情况下理出思路。在胡教授的帮助下，我的能力逐渐提高，原本并不擅长动手实践的我，对各种实验设备及规范操作有了深刻的了解，真正做到了从书本上的理论联系到了实践。同时，这段时间也是对四年来大学学习的一次总结，是对知识的再一次巩固，让我对知识的掌握更加扎实。胡教授严谨求实的态度，踏踏实实的精神，以后不管是在工作中还是在生活中，我都会把这种精神、态度延续下去。在这谨对导师的教导和关怀致以最衷心的感谢和最崇高的敬意！此外，我也感谢这四年来传授给我们知识的各科任老师，没有他们教授的知识来打基础，我也不可能顺利完成此次的毕业论文。同时，特别要感谢的是我的父母亲，是他们辛勤的汗水和默默的支持，才使