影响退火掺杂锆的结构和性能的.doc

嘉兴学院毕业设计（论文）外文翻译
原文题目：Effect of annealing and doping with Zr on the structure and properties of in situ Cu–Nb composite wire
译文题目：影响退火掺杂锆的结构和性能的原位铜–铌复合丝
学院名称：机电工程学院 专业班级：机械082学生姓名：方小威
影响退火掺杂锆的结构和性能的
原位铜–铌复合丝
摘要：原位Cu - Nb和铜铌锆复合材料的过度冷拔已通过透射电子显微镜和力学性能测试研究。极限拉伸强度和硬度下降与引入中间退火和锆掺杂的增加。此外，锆转移分散然后由粗氧化锆粒子形成，并且完成韧性到脆性的转变。2002年Materialia文献公司。Elsevier Science公司保留最终出版所以权利。

关键词：复合铜；透射电子显微镜；退火；机械性能

1、介绍
严重变形的铜铌基复合导线表现出良好的导电性极高的强度和可用于在高场脉冲磁体绕组[1]。这些复合材料通常是由所谓的原位方法，分两个阶段在铜矩阵作为初始材料铌树突组成的合金组成。经过密集的变形NB树突改造成带状般的细丝，用锋利的轴向h110i质地[2]。铜铌合金可严重变形到极高的程度，铌细丝的厚度可减少到几个纳米的细丝[3,4]。通过对铜/铌复合材料的结构和性质进行的很多研究[1-8]，以及两个主要的强化机制有人提出，即所谓的“barrier''and日”子结构，前者多余的力量，通过FCC / BCC接口错位锁定属性的冷工作TWOPHASE材料[3,7]，而后者则表明，在两相材料（单相的相反，更多的混乱产生的住宿在接口[4,8]的变形，但目前还没有全面的了解，原位复合材料结构在变形过程中的演变，并且并非所有负责观察到的高层次机械特性都没有被发现，这使得它很难达到这些材料性能的进一步改善。具体来说，目前尚不清楚如何在高强度复合导线中使用兴奋剂或修改变形的时间表来影响其结构和性能。
目前工作的主要目标是研究中间退火和锆掺杂大量冷拔铜铌复合材料的结构和属性的效果。

2、实验研究
调查的样本准备在Bochvar全俄无机材料科学研究所，铜18 WT％Nb和CU- 18 WT％NB-0.2重量％Zr合金作为对他们的初步材料锭。初始锭使用高纯度的电子束熔化的铜（99.99％）和电子束熔化。将锆掺入铜里。消耗电弧熔炼制备坯料直径为100毫米。第一次融合后，他们在同一炉被挤压和重新回炉以达到结构的同质性。加工后的元宝放在一个铜（Cu- Nb合金的，包括80卷％和铜20卷％），疏散，密封和挤压到一直径30毫米的杆。杆中间的退火图以下两个不同的方案绘制如图1。
A方案：绘图脴10毫米，退火700℃，1小时，绘制到最后直径（1或0.3毫米）。
图1制造路线。

图1制造路线
B方案：绘制脴10毫米，退火700℃，1小时，绘图脴3毫米，退火700℃，1小时，绘图脴1毫米，退火550℃，1小时，绘图到最后的直径（0.8或0.3毫米）。
表1给出的数据组成的调查样本，变形的政权，最终直径（直径），绘图比例（G），1个极限拉伸强度（UTS）和硬度（H）。
透射电子显微镜对复合材料的微观结构进行了研究，JEM-200CX设备（TEM）的方法。拉伸试验进行了使用了10 2毫米/秒的应变率拉伸试验机的IP- 5057UTS的计算公式为平均五个样本测试实验误差为5 MPa。在扫描电子显微镜microanalyzer JCXA- 733进行了断裂面检查。显微硬度测量使用一个特殊的硬度设备PMT- 3线的横截面。11-13缩进每个标本在50克的负载钻石金字塔，硬度H是一个公式计算H¼18540P= C2，其中P是在G的负荷，C是平均对角线缩进LM。
3、结果与讨论
3.1 铜铌复合材料
由A和B路线变形的力学特性ofcomposites的比较表明，结果在中间退火UTS和硬度明显下降（见表1）。因此，按第一种方法处理的样品1的 UTS的多达克¼6:8（直径1毫米），比B线变形的样品3高了90兆帕，尽管后者提出了更高的净应变，（G¼7:25，直径0.8毫米）。A和B路线下产生的直径0.3毫米（G ¼9，21）变形的样品2和4在UTS的值上的差距有所降低，相当于70兆帕。
为了解释观察到的差异在治疗应分析其结构上的差异的不同路线的复合材料的力学性能的非合金铜/ Nb的路线变形，一个是在我们以前的工作[9]研究复合材料的微观结构。在[10,11]早先进行的调查协议，它表明，错位铜矩阵的密度变化只是轻微变形度G>6:8，平均约5X1010 cm_2。铌细丝结构参数变化伴随着更复杂的变形方式。平均变形株（G录6:8鈥）铌细丝组成的绘制方向拉长，分为5鈥纳米大小的细块的谷物。后者是分开的低角度边界，主要集中在他们的混乱。在这种变形范围内的平均位错密度 1011鈥2厘米2，并随变形上升。变形度较高的细丝（G录9:21）变得更薄，弯曲和扭曲，他们的位错密度降低到约1010平方厘米。根据目前的工作中使用的B路线乙铜/铌复合材料的微观结构的调查显示，其铜矩阵结构只从上述A路线中复合材料铜基变形只有很小一部分的不一样。与此相反，铌细丝的结构变化显着，尤其是在样品直径为0.8毫米的时候（图2a）。在后一种情况下的应变变形，因为最后需要退火（GA表1）只有0.45，其效果针对以下变形并不明显。B线NB细丝处理的样品展示破损和凝血和球化一样，其错位密度比路线A的复合材料处理大大降低锛0厘米2），显然是所有这些差异都是相对于低强度的结构性差异。
成分，变形制度和调查复合材料的特性

图2铜/铌复合材料的TEM显微处理B线的直径为0.8毫米（a）和0.3毫米（b）。
在结构变形中直径0.3毫米的样品的区别不太明显。事实上按路线B制造的铌细丝和由路线A制造的并没有表现出太多的弯曲和扭曲，前者的平均直径略大（50和40纳米，分别）需要注意的是在B路线的最后退火后样品的变形是相当高的（2.41）的，并且它的用不同的方法处理的水平是不一样的。与此相对应，这些复合材料的强度差异也略显不足。
文献还指出一个铜/铌复合材料的强度，在退火减少。[12]，作者解释细丝，退火后直接进行观察，他们在他们的TEM的调查变粗。下面的变形中目前的工作已经对退火对复合材料的结构和性能的影响进行了研究。不过很明显的是，即使在​​一个相对高的应变变形，自上次退火后的结构和性质上后者的作用拉丝是相当明显的。
3.2. 铜铌锆复合材料
从表1可以看出，无论是A方法还是B方法在掺杂锆之后结果都会使得在复合材料的抗拉强度和硬度显着上升。此外，锆明显影响断裂的特性。图3显示由方法B制造的直径为3毫米的电线的SEM断裂特性图。我们可以在在非合金导线上看到一个明显的缩颈，它能证明韧性的断裂。（图3a）。与此相反，在锆掺杂复合材料有没有颈部，断裂面倾斜大约45线轴（图3b）。这证明脆性断裂，即掺杂锆铜铌复合材料脆化的结果。
文献中也观察到锆掺杂复合材料的强度提高和本研究相一致。然而，在以前的调查机制中并没有讨论锆对复合导线性能的影响。因此，在参考文献[6]中无差异合金和非合金复合材料的结构观察，发现锆没有锆基颗粒，并且作者猜想所有锆的应该都被溶解在铜和铌基固溶体里。目前的研究结果也没有表明任何与锆掺杂对调查线的显微结构参数的效果显着。然而，氧化锆沉淀锆在掺杂标本中都可以看到两种不同的形态类型。在TEM图像非常分散的第二相析出，可以看出，无论是在铌丝和Cu基体都有。（图4）根据电子衍射图案，这些粒子被认定为氧化锆。

图3B方法制造的直径0.3毫米铜铌（a）和铜铌锆丝（b）断裂的SEM图像

图4直径为1毫米的Cu - Nb - Zr系复合材料的TEM图像绘制

此外，在合金复合材料的结构观察中观察到粗氧化锆颗粒（几毫米大小）。用非蚀刻显微镜可以在Cu - Nb - Zr系电线断裂面观察到这些微粒。（在后一种情况下，他们的X射线谱分析数据的基本上确定）。因此，如在图5A中在试样断裂表面的粗颗粒5用箭头所示，在途5B的Zr的增加额是在同一地区观察。很明显，氧化锆粗颗粒分散在不同条件下形成的。它可能说明前者起源于液相结晶。并且被证明其粗大小，从热力学的角度来看，有可能来自于氧化锆的高热稳定性。有一个很好的概率，它形成的Cu - Nb - Zr系熔体的氧化锆颗粒，并有修饰效果，以前在文献中发现锆掺杂Nb的枝晶大小与减少的结果。 [13,14] 在NB枝晶大小与锆掺杂的复合减少，反过来，可能会导致减少铌丝截面和一个严重变形的线之间的间距。然而，在参考文献。[6]在未掺杂和掺杂样品的微观结构特征观察中没有发现有什么区别。在本文件中对这些参数的微观结构的Zr以及已经显露的特性没有什么显著的效果。（请注意，这是定性而不是定量评价）。因此，它可能会建议，以前观察到的铌初始大小树突的差异在进一步变形到高应变时变得不太明显。
粗氧化锆颗粒在复合材料的强度上可能不会有显着的效果，但它们可能会应力集中，这些沉淀是最有可能的锆掺杂电线观察复合材料脆化的原因。另一方面，脆化也可能导致减少层错，在青铜观察[15]。

图5SEM图像断裂标本5A - 在二次电子，5B - ZrKa1辐射

分散的氧化锆颗粒形成固态，这些沉淀的作用下增强了合金复合材料的强度和硬度。其效果可以体现在两个方面。首先，由于其体积小，这些粒子可能导致弥散强化，其次，它们的存在可能会导致在回收和再结晶过程的中间退火延缓，因此减少后者的软化作用。的第二个建议的有效性的证据是较弱的中间退火效果比较非合金的退火锆掺杂复合材料的抗拉强度。
4结论
机械及热处理不同的时间表和锆掺杂原位铜铌复合导线的高强度的微观结构已开始研究。UTS和硬度，以减少额外的中间退火。随着这种效应的变形程度的增加对中间退火的效果有所减少，但应变值仍然很明显的是最高的9.21。机械特性观测到的变化同时影响了中间退火过程中凝血铌细丝和位错密度的下降。
锆中掺杂使用兴奋剂使复合材料的抗拉强度和硬度显着提高。然而，在同一时间其断裂的特性也随之改变，即代替非合金丝的韧性断裂特征，表明合金复合材料的脆性断裂。在两种类型的Cu - Nb - Zr系复合材料的氧化锆颗粒观察，即分散和粗的。前者的弥散强化是由于其体积小，分散的加强，并在恢复和中间退火再结晶过程延缓，后者被认为在结晶过程中形成液体状态，影响细丝和矩阵结构，以及它们可能导致脆化复合导线。
致谢
这项工作一直没有批直到俄罗斯基础研究基金会（RFBR）的支持才开始01-02-96413
参考文献
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