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合金元素比例对铜铅合金纳米拉伸力学特性的影响

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哈尔滨工业大学学报 2019年第11期51卷 27-34页

作者：赵鹏越郭永博王子云白清顺张飞虎精密工程研究所(哈尔滨工业大学)

铜铅合金由于铜的高塑性、高强度以及铅的自润滑功能,是经过实践检验证明的优良减磨材料,广泛应用于精密机械和航空航天领域中.为研究元素比例在铜铅合金材料纳米拉伸过程中对其力学特性的影响,采用Poisson-Voronoi和Monte Carlo方法建... 详细信息

铜铅合金由于铜的高塑性、高强度以及铅的自润滑功能,是经过实践检验证明的优良减磨材料,广泛应用于精密机械和航空航天领域中.为研究元素比例在铜铅合金材料纳米拉伸过程中对其力学特性的影响,采用Poisson-Voronoi和Monte Carlo方法建立大规模多晶铜分子动力学模型,在此基础上,采用混合蒙特卡洛/分子动力学方法(hybrid Monte Carlo/molecular dynamics, MC/MD)建立铜铅合金模型.根据真实铜铅合金比例成分建立具有不同铅原子比例的铜铅合金模型并与多晶铜纳米拉伸模型对比,模拟计算多晶体及铜铅合金的纳米拉伸过程,计算各模型的缺陷结构的配位数、内应力、原子势能等参数.结果表明:具有不同元素比例的铜铅合金纳米拉伸过程存在显著的规律性,铜铅合金和多晶铜的静水压力及势能分布相似,铅原子能够抑制铜铅合金晶界处位错的形核与扩展从而使合金材料结构更稳定,合金材料塑性变形过程中晶粒和晶界的势能变化特点相反,铅原子的加入主要影响晶界状态,晶界结构组成在合金塑性变形过程中具有主要作用.因而,通过改变铜铅合金中的元素比例,可改变合金材料各方面性能,本文的研究结果为制备高性能铜铅合金材料提供一定的理论指导.

关键词：拉伸模拟多晶铜铜铅合金微观结构变形机理分子动力学

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铜铅合金和多晶铜力学特性及变形机理的研究

铜铅合金和多晶铜力学特性及变形机理的研究

作者：赵鹏越哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

目前,对微机电系统制造技术的研究已较为完善,而对纳机电系统加工机理的研究仍存在大量空白。纳米尺度下的尺寸效应、表面效应使纳机电系统具有与宏观尺度机电系统所不具备的特性。然而,目前对纳机电系统的研究仍处于理论层面,这主要是... 详细信息

目前,对微机电系统制造技术的研究已较为完善,而对纳机电系统加工机理的研究仍存在大量空白。纳米尺度下的尺寸效应、表面效应使纳机电系统具有与宏观尺度机电系统所不具备的特性。然而,目前对纳机电系统的研究仍处于理论层面,这主要是由于对纳机电系统的研究需要极为苛刻的实验条件及实践基础,这些因素限制了对纳机电系统力学特性及加工机理研究。本文基于分子动力学理论,构造纳米金属材料模型并通过模拟材料加工变形过程,从原子尺度对纳构件的力学性能和变形机理进行研究。本文基于LAMMPS软件对铜铅合金块体进行拉伸模拟,获得了不同时刻合金模型及其微结构的力学参数。同时,对多晶体块体进行扫描探针的压痕及刻划仿真。揭示了金属材料在拉伸及刻划加工过程中,材料及内部微结构的变化机理。结果表明:具有高活化能、过渡态原子排布、高应力梯度的晶界结构更易产生缺陷;低维数的三叉晶界、顶点团在加工过程中承载更高的内应力;第二相合金元素能够抑制材料内部缺陷的产生,提高材料的韧性;多晶铜加工过程中缺陷主要由探针刻划作用引起并由探针局部区域产生,这与金属拉伸过程有所不同。其次,采用Voronoi方法分别建立了不同晶粒度的铜铅合金模型,分析合金的Hall-Petch效应并对铜铅合金材料特性进行研究。铜铅合金的晶粒尺寸在100 nm以内,纳米晶体晶粒细小、晶界体积分数大,晶界具有较高活化能。合金各晶粒之间存在明显的压应力及切应力作用。模拟了铜铅合金拉伸变形过程,结果表明,晶界结构在合金的力学特性中起重要作用。具有较高活化能及应力梯度的晶界结构更易使位错缺陷成核;位错在晶粒内沿滑移系运动但无法穿过晶界向相邻晶粒内部扩展;具有较低维数的微结构在这一过程中承载较高的内应力。另外,第二相元素能够使金属材料的强度及韧性等特性显著提升。最后,采用Voronoi方法建立了多晶铜压痕及刻划模型。通过模拟探针对多晶铜表面的压痕及刻划作用,结合多晶材料内应力分析,研究金属材料在纳米尺度下的变形机理。结果表明,多晶铜受力沿探针运动方向变化明显,其余方向受力较低;多晶铜加工过程伴随能量的累积和释放,同时伴随着位错的成核和滑移;与合金拉伸相似,具有较低维数的微结构在加工过程中承载较大应力。无论拉伸或加工过程,金属变形均以位错滑移机制为主,具备Hall-Petch效应。

关键词：分子动力学铜铅合金力学特性加工变形机理

基于分子动力学的铜铅合金拉伸变形特性的研究

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基于分子动力学的铜铅合金拉伸变形特性的研究

作者：韩浏淼哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着微机电系统向纳机电系统过渡,系统中器件尺寸逐渐逼近纳米级,器件材料表现出和宏观材料不同的特性。铜铅合金由于良好的自润滑性能和减磨性常用于轴承上,当轴承承受较大的机械载荷时其工作表面发生变形使得轴承精度降低,从而影响机... 详细信息

随着微机电系统向纳机电系统过渡,系统中器件尺寸逐渐逼近纳米级,器件材料表现出和宏观材料不同的特性。铜铅合金由于良好的自润滑性能和减磨性常用于轴承上,当轴承承受较大的机械载荷时其工作表面发生变形使得轴承精度降低,从而影响机电系统的运动精度和平稳性。本文通过研究纳米级铜铅合金变形特性,为纳机电系统中轴承的性能强化和失效预防提供技术支持。首先,本文基于分子动力学理论,采用Voronoi法建立铜铅合金仿真模型,选择嵌入原子势描述铜铅合金原子间相互作用,通过弹性常数和结合能的仿真值与实验值的对比验证了所选嵌入式势函数的准确性。其次,通过LAMMPS仿真平台对铜铅合金模型充分弛豫和施加拉伸载荷。弛豫结果表明铅原子使得模型晶界剪应力降低、晶界势能升高、晶界CSP值增加,且随着铅原子比例的增加,不同晶界结构的剪应力和势能呈线性变化。拉伸结果表明,不同铅原子比例的铜铅合金在拉伸过程中的裂纹扩展存在方向差异。铅原子比例的增加使得铜铅合金弹性模量减小、极限强度先减小后增加,铅原子的增多能明显抑制晶粒内部位错层。拉伸过程中晶界和晶粒的势能变化曲线完全不同,晶界在拉伸变形中起主要作用。最后,对含有预制孔缺陷的铜铅合金进行拉伸仿真,研究了孔缺陷位置、半径和数量对铜铅合金变形特性的影响。仿真结果表明不同位置孔缺陷均导致拉伸过程中应力下降和位错层增多,孔缺陷位于晶粒的铜铅合金强度、势能高于孔缺陷位于晶界的铜铅合金。位于晶界的孔缺陷半径和数量的增加在塑性变形和裂纹扩展阶段均使得铜铅合金强度下降;位于晶粒内部的孔缺陷半径和数量的增加在塑性变形阶段使得铜铅合金强度下降,而晶粒内部孔数量的增加在裂纹扩展后期由于位错塞积作用使得铜铅合金强度升高。

关键词：分子动力学多晶体铜铅合金变形机理孔缺陷

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解决铜铅合金成分偏析的方法

机械工程材料 2008年第8期32卷 74-75页

作者：诸小丽王飚南宁职业技术学院机电工程系广西南宁530003 昆明理工大学机械工程学院云南昆明650051

为了解决粉末冶金制作铜铅合金过程中存在的由于两元素互不相溶导致的严重成分偏析,从而影响合金组织与性能的问题,采用添加均质剂的方法对合金进行了均质化处理,并对其组织进行了研究。结果表明:通过上述方法可使合金中的铜和铅达到较... 详细信息

为了解决粉末冶金制作铜铅合金过程中存在的由于两元素互不相溶导致的严重成分偏析,从而影响合金组织与性能的问题,采用添加均质剂的方法对合金进行了均质化处理,并对其组织进行了研究。结果表明:通过上述方法可使合金中的铜和铅达到较好的互溶效果,从而获得均匀、致密的显微组织。

关键词：铜铅合金成分偏析组织

Solute redistribution profiles during rapid solidification of undercooled ternary Co-Cu-Pb alloy

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Science China(Physics,Mechanics & Astronomy) 2014年第3期57卷 393-399页

作者： YAN Na WANG WeiLi XIA ZhenChao WEI BingBo Key Laboratory of Applied Physics and Chemistry Ministry of EducationNorthwestern Polytechnical University

The solute redistribution and phase separation of liquid ternary Co-35%Cu-32.5%Pb immiscible alloy have been investigated using glass fluxing method.A bulk undercooling of 125 K was achieved and the macrosegregation pattern was characterized by a top Co-rich zone and a bottom Cu-rich zone.The average solute contents of the two separated zones decreased with the increase of undercooling,except for the solute Pb in Cu-rich zone.With the enhancement of undercooling,a morphological transition from dendrites into equaxied grains occurred to the primary(Co)phase in Co-rich zone.The solute redistribution of Cu in primary(Co)phase was found to depend upon both the undercooling and composition of Co-rich zone.Stokes migration is shown to be the main dynamic mechanism of droplet movement during liquid phase separation.

关键词：溶质再分配铜铅合金过冷度快速凝固三元熔融玻璃宏观偏析分离过程

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钢/铜铅合金复合管显微组织和力学性能研究

钢/铜铅合金复合管显微组织和力学性能研究

作者：王立生大连交通大学

学位级别：硕士

本文利用静水称量法测定了铜铅合金粉末的密度，用X射线衍射、扫描电镜及能谱分析等方法研究了铜铅合金粉末的成分和形貌。利用液相烧结方法制备了钢／铜铅双金属烧结复合管状试样，得出了钢／铜铅双金属的烧结机理，并对不同工艺参数... 详细信息

本文利用静水称量法测定了铜铅合金粉末的密度，用X射线衍射、扫描电镜及能谱分析等方法研究了铜铅合金粉末的成分和形貌。利用液相烧结方法制备了钢／铜铅双金属烧结复合管状试样，得出了钢／铜铅双金属的烧结机理，并对不同工艺参数的试样组织和钢／铜铅烧结复合界面进行了研究。通过测量铜铅合金粉末压坯密度、烧结孔隙度、烧结密度以及烧结后的力学性能(铜铅合金硬度、钢／铜铅合金界面剪切强度)，来研究烧结组织和性能随烧结工艺参数的变化规律。研究结果表明：铜铅合金粉末密度为8.7936g／cm;铜铅合金粉末属于铅包覆粉，形状不规则;钢／铜铅双金属的烧结机理为：铜铅合金粉末表面的烧结过程符合Cannon和Lenel提出的“液相流动”理论，而粉末内部的烧结过程符合Price等人提出的“溶解—沉淀”理论;随烧结时间的增加，铜铅合金的烧结组织中铅由网状向点块状转变，随着压制压力的增加，铜铅合金的烧结组织中铅由点块状向网状转变;在每个相同压制压力下，840℃烧结60 min的孔隙度比30 min的孔隙度分别降低了15.7％、19.3％、16.7％、23.7％、40.2％和39.7％;当压制压力为500MPa，烧结温度为700℃，烧结时间为60 min时，获得了最大的铜铅合金粉末烧结密度为8.0215 g／cm，相对密度在90％以上：压制压力为300MPa的烧结铜铅合金的平均硬度最低(23.8 HV)，500MPa的平均硬度最高(36.6 HV);扩管变形的试样剪切强度为20MPa～45MPa，压制成型的试样剪切强度为55MPa～105MPa。

关键词：烧结铜铅合金剪切强度烧结密度

铜铅合金轴瓦加锑对金相组织及使用性能的影响

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内燃机工程 1989年第2期10卷 57-59页

作者：布禾杜榕呼和浩特市科学技术情报研究所上海内燃机研究所

本文针对铜铅合金轴瓦在熔铸中易产生铅偏析的问题,通过加入几种第三元素的对此分析,以及对加锑的研究,阐述了加入锑对于改善铜铅合金的金相组织和提高轴瓦使用性能的作用。

关键词：内燃机铜铅合金轴瓦锑

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铜铅合金轴瓦加锑克服早期剥落

铸造技术 1989年第6期14卷 29-32页

作者：布禾呼和浩特市科技情报研究所

由于具有钢背的铜铅合金轴瓦,有较高的抗压强度、高温强度、优良的减磨性能和钢的抗腐蚀性能好,因此,在过去一段时间,它广泛用于各种高性能或高速的内燃机上。但在铸造此种合金时。

关键词：铜铅合金轴瓦加锑铸造剥落

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钢-铜铅合金烧结双金属柱塞缸体的研制

新技术新工艺 1999年第1期 23-25页

作者：陈广志田玉清王迎辉北京钢铁研究总院

以４５＃钢为基体，以烧结铜铅合金为摩擦层，研究了双金属结合状态、烧结过程铅析出机理以及提高双金属结合强度和铜铅合金层物理机械性能，避免铅析出、铅偏析的工艺。本研究烧结铜铅合金层组织晶粒细小，铅分布均匀，相对密度９０％... 详细信息

以４５＃钢为基体，以烧结铜铅合金为摩擦层，研究了双金属结合状态、烧结过程铅析出机理以及提高双金属结合强度和铜铅合金层物理机械性能，避免铅析出、铅偏析的工艺。本研究烧结铜铅合金层组织晶粒细小，铅分布均匀，相对密度９０％以上，抗拉强度≥１５０Ｎ／ｍｍ２，硬度ＨＢ为７０，具有良好的减摩性和耐磨性，双金属结合区为Ｆｅ、Ｃｕ互相扩散的冶金结合，双金属剪切强度≥１２０Ｎ／ｍｍ２。对比试验表明，本研究双金属柱塞缸体性能优于浇铸缸体。

关键词：柱塞缸体双金属钢铜铅合金烧结泵