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时效析出物与层状非均质结构协同作用下Cu–Be/Cu复合材料强韧化机理研究
结题报告
批准号:
51701074
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
唐延川
依托单位:
学科分类:
E0104.金属结构材料与力学行为
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
丁阳喜、刘德佳、杨海超、吴三秀、余楠、黄阳
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中文摘要
高铍含量的铍铜(Cu–Be)合金时效后抗拉强度可达1400MPa以上,而伸长率不到5%,呈现显著的强度与塑性/韧性倒置关系,严重影响了合金服役的安全可靠性。本项目将层状非均质构型设计的思想运用于铍铜材料,充分利用纯铜的高塑性/韧性及Cu–Be合金的高强度,获得高强韧的Cu–Be/Cu复合材料,并在此基础上重点阐明层状非均质结构与时效析出物的协同作用机制。项目拟通过累积叠轧复合及后续热处理制备晶粒尺寸周期波动的层状非均质Cu–Be/Cu复合材料,分别研究构型参数及析出物特征对复合材料强韧性的影响规律;通过探索层状非均质结构及时效析出物协同作用下复合材料的应变硬化行为,建立复合材料微观组织参数与宏观应力-应变行为间的定量分析模型,揭示时效析出物与层状非均质结构的协同作用机制,获得析出物特征与层状非均质构型参数最优匹配的一般性设计原理,为解决析出强化合金显著的强度与塑性/韧性倒置关系提供新思路。
英文摘要
After aging treatment, the ultimate tensile strength of high strength beryllium copper alloy can reach 1400 MPa but the elongation is less than 5%. The significant strength and ductility/toughness trade-off presented in the beryllium copper alloy seriously affects the safety and reliability during the service. In this work, the method of lamellar heterogeneous architecture is applied to beryllium copper materials. The high ductility and toughness of pure Cu together with the high strength of Cu–Be alloy will be utilized to obtain Cu–Be/Cu composite possessing high strength and ductility simultaneously. The accumulative rolling bonding and consequent heat treatment processes will be used to prepare lamellar heterogeneous Cu–Be/Cu composite with periodic fluctuations in grain size. The correlation of the lamellar heterogeneous architecture parameters and the strength and ductility/toughness of the composite will be studied systematically, as well as the relationship between the precipitation characters and the strength and ductility/toughness. Though the investigation of the strain hardening behavior of composite under the synergistic effect of the precipitation and lamellar heterogeneous architecture, the quantitative analysis model between the microstructure parameters and stress-strain behavior can be established. Subsequently, the model will be utilized to reveal the synergistic mechanism between the precipitation and lamellar heterogeneous architecture. Finally, the general design principle of the optimal matching between the precipitation and lamellar heterogeneous architecture can be obtained, which will provide new suggestions for solving the problem of significant strength and ductility/toughness trade-off in the precipitation strengthening alloy.
高铍含量的铍铜(Cu–Be)合金呈现显著的强度与塑性/韧性倒置关系,严重影响了合金服役的安全可靠性。本项目将层状非均质构型设计的思想运用于铍铜材料,充分利用纯铜的高塑性/韧性及Cu–Be合金的高强度,充分利用纯铜、黄铜的高塑性/韧性及Cu–Be合金的高强度,获得高强韧的Cu–Be/Cu及Cu–Be/Cu-Zn复合材料。项目通过真空热压复合、冷轧变形及后续热处理制备了具有不同构型参数(异种金属层厚比、硬度比等)的层状非均质复合材料,探索了构型参数对复合材料强韧性的影响规律。结果表明当Cu–Be层和Cu-Zn层之间的层厚比为5:1时,Cu-Be/Cu-Zn层状复合材料抗拉强度与相同热处理状态下的Cu-Be合金接近,但其均匀伸长率可达Cu-Be合金的3倍。这是由于层厚比为5:1时,Cu-Be/Cu-Zn界面间距与长程背应力的作用范围相匹配,异种金属层之间形成了更好地耦合,界面也可发挥更好的应变协调作用,界面附近堆积了更多的几何必须位错(GNDs),从而产生了更大的背应力强化,显著提升了层状复合材料的应变硬化能力,因此获得了具有高强韧性的材料。对异种金属硬度比不同的Cu–Be/Cu层状非均质复合材料的研究表明,随着Cu–Be层析出强化效果的增加,材料的强韧性先增加后降低,当Cu–Be层与Cu层之间的硬度比为5:1时,层状复合材料强韧性最好;过高的硬度比会导致不同金属层间的变形不协调性大幅增加,使得金属层间界面的应变协调作用降低,从而导致材料强韧性下降。本项目阐明了层状非均质结构复合材料的应变硬化行为,揭示了时效析出物与层状非均质结构协同作用下复合材料的强韧化机理,为解决析出强化合金显著的强度与塑性/韧性倒置关系提供了新思路。
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DOI:--
发表时间:2021-01
期刊:材料导报
影响因子:--
作者:唐延川;许举文;崔泽云;王文慧;张欣磊;唐兴昌;赵龙志
通讯作者:赵龙志
DOI:--
发表时间:--
期刊:材料工程
影响因子:--
作者:唐延川;万能;唐兴昌;刘德佳;焦海涛;胡勇;赵龙志
通讯作者:赵龙志
DOI:10.13251/j.issn.0254-6051.2020.11.009
发表时间:2020-12
期刊:金属热处理
影响因子:--
作者:唐延川;许举文;张欣磊;崔泽云;王文慧
通讯作者:王文慧
Tuning Low Cycle Fatigue Properties of Cu-Be-Co-Ni Alloy by Precipitation Design
通过沉淀设计调节 Cu-Be-Co-Ni 合金的低周疲劳性能
DOI:10.3390/met8060444
发表时间:2018-06
期刊:Metals
影响因子:2.9
作者:Tang Yanchuan;Kang Yonglin;Liu Dejia;Shen Mingxue;Hu Yong;Zhao Longzhi
通讯作者:Zhao Longzhi
Dual-gradient bainite steel matrix composite fabricated by direct laser deposition
直接激光沉积制备双梯度贝氏体钢基复合材料
DOI:10.1016/j.matlet.2018.12.011
发表时间:2019-03
期刊:Materials Letters
影响因子:3
作者:Tang Yanchuan;Yang Haichao;Huang Daosi;Zhao Longzhi;Liu Dejia;Shen Mingxue;Hu Yong;Zhao Mingjuan;Zhang Jian;Li Jin;Yu Meng
通讯作者:Yu Meng
成分过冷诱导异质形核作用下的激光沉积高熵合金晶粒等轴细化机理
  • 批准号:
    52065023
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    35万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    唐延川
  • 依托单位:
国内基金
海外基金