真空熱壓燒結(jié)W-Cu-Al2O3復(fù)合材料的制備及熱變形行為研究.pdf

1、鎢銅合金兼具了鎢和銅的優(yōu)良特性，被廣泛的應(yīng)用于電力、電子、冶金、機(jī)械等行業(yè)。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，對銅鎢合金性能要求也越來越高，而傳統(tǒng)的制備方法燒結(jié)工藝性差，難以達(dá)到高的致密度。國內(nèi)外都在對鎢銅合金的制備工藝以及成分配比進(jìn)行研究，以期能達(dá)到優(yōu)良的使用性能。
　　根據(jù)對鎢銅觸頭材料新的要求，本文設(shè)計了真空熱壓燒結(jié)-內(nèi)氧化相結(jié)合制備W(25)/Cu-Al2O3和W(50)/Cu-Al2O3復(fù)合材料的工藝。考察了燒結(jié)工藝對材料的致密度

2、、強(qiáng)度、硬度及有關(guān)性能的影響，并觀察其微觀組織和彎曲斷口形貌，分析材料的致密化原理和斷裂機(jī)制。結(jié)果表明：通過壓力30MPa、燒結(jié)溫度950℃、保溫2h的真空熱壓工藝制備的復(fù)合材料，綜合性能達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。隨著W含量的增多，除了導(dǎo)電率略有下降外，強(qiáng)度、硬度都增大。燒結(jié)態(tài)W(25)/Cu-Al2O3復(fù)合材料的性能為：顯微硬度為128HV，導(dǎo)電率為62.8％IACS，抗彎強(qiáng)度為286.5MPa；W(50)/Cu-Al2O3復(fù)合材料的性能為：顯

3、微硬度為135HV，導(dǎo)電率為46%IACS，抗彎強(qiáng)度為291.3MPa。顯微組織為納米尺寸γ-Al2O3顆粒彌散強(qiáng)化Cu基體，其中γ-Al2O3顆粒的粒徑約為：5~20nm，顆粒間距約為20~150nm。在彌散Cu基體上較均勻的分布著增強(qiáng)顆粒W相，孔隙較少，組織致密。兩種復(fù)合材料的致密化機(jī)理均為擴(kuò)散和塑性滑移。材料的彎曲斷裂是以W晶粒的脆性解理斷裂和部分W-Cu界面分離為主的脆性斷裂機(jī)制，且W含量越高脆性解理斷裂越明顯。
　　在

4、Gleeble-1500D材料熱模擬機(jī)上分別對 Cu-Al2O3、W(25)/Cu-Al2O3和W(50)/Cu-Al2O3復(fù)合材料進(jìn)行等溫壓縮實驗，考察了其熱變形行為和顯微組織變化。結(jié)果表明：在變形溫度650℃~950℃，變形速率0.01s-1~5s-1和最大應(yīng)變量為0.7的實驗條件下，三種復(fù)合材料的流變應(yīng)力-真應(yīng)變曲線呈現(xiàn)典型的動態(tài)再結(jié)晶穩(wěn)態(tài)流變特征，即：在變形初期，流變應(yīng)力隨著變形量的增加而迅速增大，當(dāng)達(dá)到峰值以后，隨著真應(yīng)變的增

5、加，流變應(yīng)力呈現(xiàn)下降趨勢，并逐漸趨于穩(wěn)定，不隨真應(yīng)變的增加而明顯變化。流變應(yīng)力對變形溫度和變形速率比較敏感，隨著變形溫度的升高和應(yīng)變速率的減小，再結(jié)晶晶粒在亞晶界處出現(xiàn)，并且數(shù)量隨之增加。求得 Cu-Al2O3、W(25)/Cu-Al2O3和 W(50)/Cu-Al2O3復(fù)合材料的平均熱激活能 Q分別為：220.7kJ/mol、185.3kJ/mol、176.1kJ/mol，并建立了高溫變形正弦雙曲線本構(gòu)方程。
　　基于動態(tài)的材料

6、學(xué)模型基本原理，分別建立了 Cu-Al2O3、W(25)/Cu-Al2O3和 W(50)/Cu-Al2O3復(fù)合材料的熱加工圖。綜合分析表明：在應(yīng)變速率為0.01s1~0.1s-1，變形溫度850℃~950℃的區(qū)域出現(xiàn)功率耗散效率η的最大值(超過40%)，這一區(qū)域有特殊的顯微組織或流變失穩(wěn)機(jī)制，為裂紋失穩(wěn)區(qū)。而η的最小值(小于20%)則出現(xiàn)在應(yīng)變速率為1s-1~5s-1，變形溫度為650℃~750℃的區(qū)域，這一區(qū)域的材料晶界處易出現(xiàn)楔形開