Al2O3/Cu弥散强化铜合金热变形及应力松弛行为研究

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Al2O3/Cu弥散强化铜合金具有强度高、导电率高、优良的抗高温软化等特点,是一种综合性能优良的铜基复合材料,在电弹性簧片、电器接插件及高压电气动静触头、隔离开关等电子及电力工业领域应用十分广泛,但是随着电力传输电压等级的升高、航空航天关键零部件服役期限延长和高速铁路速度的不断提升,对这类高强高导铜合金的综合力学性能提出了更高的挑战和要求。本文分别采用 Gleeble-1500D型热模拟试验机和 SHIMADZU(岛津)AG-I/250kN电子拉伸试验机做了 Al2O3/Cu弥散强化铜合金的热压缩变形试验和应力松弛试验,研究了不同变形温度(550~950℃)和应变速率(0.01~10 s-1)对Al2O3/Cu弥散强化铜合金高温流变应力的影响规律,及不同温度(室温~300℃)下该合金的应力松弛特性。  通过Al2O3/Cu弥散强化铜合金在变形温度550~950℃以及应变速率0.01~10 s-1不同条件下的热模拟压缩变形实验,获得了该合金的流变应力曲线。研究发现,当应变速率保持不变时,随着变形温度的升高,所对应的流变应力逐渐降低,且变形温度越高,流变应力值下降的趋势就越大,如应变速率为0.01 s-1,变形温度分别为550℃、650℃、750℃、850℃和950℃条件下,峰值应力分别为167.35 MPa、128.94 MPa、104.55 MPa、74.43 MPa和49.14 MPa;而当变形温度保持不变时,随着应变速率的增大,流变应力呈现出不断增大的趋势,如在变形温度550℃条件下,应变速率分别为0.01 s-1、0.1 s-1、1 s-1、5 s-1和10 s-1时,峰值应力分别为167.35 MPa、200.10 MPa、232.09 MPa、243.86 MPa和249.37 MPa。  由 Al2O3/Cu弥散强化铜合金的真应力-真应变曲线,确定了该合金在不同变形温度和应变速率条件下的峰值应力,分别绘制并拟合出了该合金在热变形时ln[sinh(ασ)]与 ln dε/dt、1/T和 lnZ的变化曲线关系,并求得该合金的流变应力本构方程为:·ε=6.7×109[sinh(0.0069σ)]8.45·exp[-206.54/RT。基于动态材料模型理论(DMM)建立了 Al2O3/Cu弥散强化铜合金的功率耗散图、流变失稳图以及热加工图。通过热加工图看出:试验条件下变形温度为825~950℃,应变速率为5~10 s-1时,功率耗散效率可以达到28%,是该合金最适合进行热加工的区域。  通过对Al2O3/Cu弥散强化铜合金在不同温度(室温~300℃)条件下的应力松弛曲线规律分析得出,Al2O3/Cu弥散强化铜合金应力松弛可分为两个阶段:减速动态松弛阶段和恒速稳态松弛阶段。温度对该合金的应力松弛行为的影响非常显著,温度越高,应力松弛极限越低,抗应力松弛性能也越低,在室温和100℃时,应力松弛率分别为30.72%和30.33%,而在200℃和300℃时,应力松弛率分别为92.45%和97.36%,说明在试验温度200℃和300℃时材料的应力基本完全得到松弛。并通过对试验数据进行拟合发现,二次延迟函数模型σ1=σ(∞)+be-t/τ1+ce-t/τ2可以较精确地对 Al2O3/Cu弥散强化铜合金的应力松弛规律进行拟合,拟合优度达到97%以上。
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