摘要：高铍含量的铍铜(Cu-Be)合金时效后抗拉强度可达1400 MPa以上,伸长率却不到5%,呈现显著的强度-塑性倒置关系,严重影响了合金服役的安全可靠性。高强Cu-Be合金塑性变形时产生的局部应变集中现象是导致其低塑性的根本原因,将层状非均质构型设计的思想运用于Cu-Be合金,构建Cu-Be/Cu-Zn层状金属基复合材料,可以有效减少该现象的产生,有望获得高强塑性的层状金属基复合材料。运用塑性变形法制备层状金属基复合材料简单易行,受到广泛关注。前人对层状金属基复合材料轧制变形规律的研究主要集中在复合材料金属组元方面,对界面过渡层变形规律研究较少。本工作利用真空热压复合及后续冷轧变形的方式制备了Cu-Be/Cu-Zn层状金属基复合材料,利用光学显微镜(OM)、场发射扫描电镜(FE-SEM)结合能谱仪(EDS)、显微维氏硬度计对Cu-Be/Cu-Zn层状金属基复合材料冷轧变形行为及界面过渡层的演变进行了研究。研究结果表明,Cu-Be/Cu-Zn层状金属基复合材料冷轧前金属层间界面基本呈平直状,界面结合良好且无裂纹、孔洞等缺陷。当冷轧压下率不超过50%时,Cu-Be/Cu-Zn层状金属基复合材料发生不均匀的宏观变形,Cu-Zn层在板材厚度方向的变形量明显大于Cu-Be层和界面过渡层,当冷轧压下率为35%时,界面过渡层的厚度仅减小8.3%,不均匀的塑性变形导致Cu-Be/Cu-Zn界面由平直状态变为波浪状态;当冷轧压下率超过65%时,层状金属基复合材料内部发生均匀、协调的变形,各层厚度基本按照总冷轧压下率变化。不同冷轧压下率下,显微硬度最高的均为过渡层,其次是Cu-Be层,而Cu-Zn层的显微硬度最低。这是因为在层状金属基复合材料冷轧变形过程中,界面过渡层主要起到协调变形的作用,处于显著剪切应力状态,会产生额外的背应力强化。本工作探讨了界面过渡层在Cu-Be/Cu-Zn层状金属基复合材料冷轧过程中的宏观变形以及强化机理,有助于进一步阐明层状金属基复合材料塑性加工变形规律并合理制定其塑性加工工艺。

摘要：将层状非均质构型复合化设计思想用于提高Cu-Be合金强韧性,采用真空热压复合、热轧及热处理的方式制备了CuBe/Cu层状非均质复合材料。对复合材料显微组织、显微硬度及拉伸性能进行了测试分析,利用SEM下原位拉伸结合DIC技术,研究了复合材料塑性变形中各金属层组织演变、应变分配及断裂行为。结果表明:Cu-Be/Cu层状非均质复合材料由粗晶Cu层(平均晶粒尺寸115.3μm)和细晶Cu-Be层(平均晶粒尺寸17.4μm)组成,Cu-Be层显微硬度约为Cu层5倍,复合材料抗拉强度介于两种金属组元之间,但伸长率远高于Cu-Be合金、与Cu接近。复合材料塑性变形过程中,Cu-Be层主要通过晶粒转动方式协调应变,而Cu层主要通过晶内单系滑移方式协调应变;塑性变形初期,应变集中首先出现在Cu-Be/Cu界面附近,随后应变集中可通过界面传递至两侧金属层内部。复合材料断裂过程中,首先在Cu-Be层中晶界处萌生微裂纹,并沿晶界扩展;当裂纹扩展至Cu-Be/Cu界面时,发生明显偏折,裂纹在Cu层内表现为穿晶扩展,界面附近Cu层呈现准解理断裂特征。