Mekaniska egenskaper hos sandwichliknande Cu/Al/Cu-kompositer är starkt beroende av de rullningsförhållanden som används under bearbetningen, särskilt temperaturen vid rullning. Resultaten från experimenten med olika rulltemperaturer, inklusive kryorullning vid −190 °C, −100 °C, kallrullning och varmrullning, belyser hur mikroskopiska förändringar i struktur påverkar de mekaniska egenskaperna hos dessa material.

För det första, efter att Cu- och Al-lagren rullats, är kornstorleken i både Cu och Al-lager typisk för lamellstrukturer som bildas vid rullning. Vid kryorullning vid −190 °C är den genomsnittliga kornstorleken i Cu-lagret 0,8 μm och i Al-lagret 2,1 μm. När rulltemperaturen ökar, växer kornstorlekarna, och den genomsnittliga kornstorleken i Cu-lagret ökar från 1,2 μm vid −100 °C till 7,1 μm vid varmrullning. På samma sätt ökar kornstorleken i Al-lagret från 2,6 μm till 7,5 μm. Dessa förändringar i kornstorlek påverkar de mekaniska egenskaperna hos kompositen avsevärt, eftersom finare kornstorlek vanligtvis leder till högre sträckgräns enligt Hall-Petch-ekvationen.

Förutom kornstorleken är gränsytornas karaktärisering en viktig faktor. Vid kryorullning vid −190 °C uppträder tydliga serrater i gränsskiktet mellan Cu och Al. Dessa serrater är en följd av mekanisk låsning mellan metallerna snarare än diffusionsbrytning, som är den dominerande bindningsmekanismen vid högre temperaturer. Detta leder till att bindningen mellan lagren är svagare vid lägre temperaturer och att sprickor och håligheter lättare uppstår under sträckning. Vid högre rulltemperaturer, som vid varmrullning, förbättras bindningskvaliteten och inga sprickzoner syns i AlCu-gränsskiktet. De olika bindningsmekanismerna påverkar i sin tur sprickmönstren under dragprov och leder till olika frakturmönster beroende på rullningstemperaturen.

En annan kritisk faktor som påverkar de mekaniska egenskaperna är tjockleken på AlCu-intermetalliska skiktet, som ökar exponentiellt med ökande rulltemperatur. Vid kryorullning vid −190 °C är den genomsnittliga tjockleken på detta skikt 2,61 μm, medan det vid varmrullning har ökat till 5,97 μm. Denna förändring i tjocklek korrelerar med förändringar i hållfasthet och duktilitet hos kompositen. Tjockare intermetalliska skikt innebär en större risk för sprickbildning under dragning, vilket kan förklara minskad duktilitet vid högre rulltemperaturer.

Vidare har dislokationstätheten stor inverkan på materialets mekaniska egenskaper. Vid högre rulltemperaturer minskar dislokationstätheten dramatiskt, vilket kan leda till större korn och en minskning av materialets sträckgräns. I kontrast, vid lägre rulltemperaturer, som vid kryorullning, ökar dislokationstätheten, vilket resulterar i finare kornstruktur och därmed högre sträckgräns. Detta fenomen kan observeras genom mikroskopiska bilder där kornstorleken ökar avsevärt vid rullning vid högre temperaturer.

En annan aspekt att beakta är den påverkan som kryorullning har på fördelningen av grundämnena i skiktet mellan Cu och Al. Vid kryorullning kan man observera en ojämn fördelning av element, vilket kan leda till en mer komplex frakturmekanik. Vid högre temperaturer tenderar atomernas rörelse att underlätta en mer homogen fördelning av Cu och Al i intermetalliska skikt, vilket i sin tur förbättrar bindningen och den mekaniska hållfastheten.

Sammanfattningsvis visar resultaten från denna studie att rulltemperaturen spelar en avgörande roll för de mekaniska egenskaperna hos sandwichliknande Cu/Al/Cu-kompositer. Genom att kontrollera kornstorlek, bindningskvalitet och intermetalliska skiktens tjocklek kan man optimera materialets prestanda för specifika tillämpningar. Det är tydligt att lägre temperaturer som −190 °C leder till finare korn och bättre mekaniska egenskaper, medan högre temperaturer kan leda till försvagade bindningar och lägre hållfasthet.

För att maximera potentialen hos Cu/Al-kompositer, särskilt för strukturella applikationer där både styrka och duktilitet krävs, är det viktigt att noggrant överväga rulltemperaturens inverkan på mikrostruktur och mekaniska egenskaper.

Hur cryorullning påverkar mikrostukturer och termisk stabilitet i Cu/Nb och Cu/brass laminat

Cryorullning är en process som förändrar механизмы деформации (механизмы пластической деформации) слоев в многослойных материалах, таких как Cu/Nb и Cu/бронза. В результате этой процедуры, происходят значительные изменения в микроструктуре и свойствах, таких как прочность и термостойкость. Изучение механизмов деформации и их влияния на конечные характеристики таких материалов крайне важно для улучшения их эксплуатационных характеристик в различных промышленных приложениях.

Основное отличие cryorullning от традиционной холодной прокатки заключается в температуре, при которой происходит процесс. Чем ниже температура деформации, тем сложнее пластическая деформация, что приводит к образованию неполных дислокаций. Это явление сильно ограничивает подвижность дислокаций в Cu слое с умеренной энергией стекания. В результате деформации формируются укладки, которые создают благоприятные условия для образования двоичных структур — твиннов, что, в свою очередь, увеличивает прочность и твердость материала. Тем не менее, наличие твинов препятствует движению дислокаций и способствует улучшению механических свойств, таких как жесткость и сопротивление деформации.

Термическая стабильность Cu/Nb ламинированных материалов тесно связана с толщиной слоев, плотностью интерфейсов и структурой этих интерфейсов. Исследования показывают, что cryorolled Cu/Nb ламинированные материалы имеют плоскую структуру интерфейса, что позволяет им сохранять свою слоистость даже после термообработки. Напротив, более сложные интерфейсы, например, такие как «зигзагообразные», наблюдаемые при холодной прокатке, менее стабильны и склонны к изменениям после термообработки. Структуры интерфейса Cu/Nb играют ключевую роль в обеспечении термостойкости материалов, так как они определяют, насколько эффективно происходит передача дислокаций через интерфейсы между слоями меди и ниобия.

Кроме того, исследования показывают, что наличие твинов в процессе деформации влияет на стабильность интерфейсов и снижает их энергетическую напряженность. Это явление снижает вероятность появления нестабильности на интерфейсе, например, нестабильности Рейли. Таким образом, твины способствуют не только улучшению прочности, но и поддержанию стабильности слоистых структур при высоких температурах.

Процесс cryorullning также влияет на формирование микроструктуры в Cu/бронза материалах. Например, в Cu/бронза ламинированных материалах после cryorullning наблюдается повышение плотности дислокаций и уменьшение размера зерен меди. Эта ситуация улучшает прочность и пластичность материала. Увлажнение структуры и увеличение плотности дислокаций приводят к значительному улучшению механических свойств этих материалов. В отличие от этого, в холодно прокатанных образцах бронзы образуются сдвиговые полосы, что также приводит к улучшению механических характеристик, но в несколько ином механизме.

Важно понимать, что деформация, происходящая в этих материалах, является не только результатом механического воздействия, но и реакции на термические изменения, такие как аннеaling (отжиг), которые могут вызывать изменение микроструктуры и свойства в ответ на высокие температуры. В частности, охлаждение или прогрев материалов после cryorullning влияет на их внутреннюю структуру, включая изменение размеров зерен и их распределение, а также на изменение прочностных характеристик. Эти изменения могут значительно повлиять на долговечность материалов, их способность выдерживать экстремальные условия эксплуатации и их общие механические характеристики.

Endtext

Vad är fördelarna och utmaningarna med metanol och fast väte-lagringstekniker för energilagring och transport?
Hur den moderna kampen mot rösträtten förändrade amerikansk politik
Hur protokoll och protokollextensioner förbättrar Swift-programmering
Vad innebär det att vara en effektiv förespråkare och varför är det obekvämt?
Hur en kontinuerlig plan för CEO-efterträdare kan säkerställa framgång på lång sikt