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Cu/Fe/Cu叠层复合材料,包含了具有良好力学性能、高导磁性的纯铁和具有优异电导性能的无氧铜两种材料,此类复合材料在航天航空、电子电器以及军工等领域将拥有非常广阔的应用前景。
目前国内对于铜铁铜叠层复合材料的报道较少,本研究选取电工纯铁与无氧铜为组元材料,采用轧制复合和扩散焊复合两种工艺制备铜铁铜叠层复合材料,同时运用有限元分析手段模拟轧制复合过程,为后期工艺选取提供理论指导。本研究主要得出以下结论:
(1)采用Abaqus有限元模拟软件对Cu/Fe/Cu进行冷轧复合数值模拟计算,获得了在轧制过程中其应力、应变以及层厚的变化情况;最大应力在首道次80%压下率时出现在铁层,并且其界面出现非常严重的弯曲现象;数值模拟冷轧后铜铁层的数值模拟变化情况与实验结果检测的变化趋势大体上是一致的。
(2)采用首道次压下率为70%-80%冷轧工艺,并且轧后采用700℃、保温30min的退火工艺,可获得具有最佳综合力学性能的铜铁铜轧合件,其抗拉强度可达到385MPa,而界面抗剪切强度达到358MPa。
(3)采用扩散焊方法制备铜铁铜叠层复合材料,获得最佳的力学性能的工艺参数:压力为10MPa,温度为850℃,保温时间为45min,其剪切强度可达到213MPa。
(4)轧制复合的复合机理是在大的轧制力作用下,铜铁表层产生破裂露出新鲜金属,两种金属相互嵌入彼此基体从而实现复合,从轧制复合件断口分析属于韧性断裂,复合界面出现较大的弯曲现象。
(5)扩散焊复合机理是通过压力和温度的作用下,使得相互靠近的铜铁金属原子得到激活打破单一金属成键壁垒形成异种金属原子键从而实现复合,从扩散焊复合件的断口分析看也是属于韧性断裂,但扩散焊复合所得出的复合界面较为平直。