Sn/Cu互连体系界面金属间化合物Cu_6Sn_5演化和生长动力学的相场法模拟

运用多相场模型模拟了Sn/Cu互连体系中晶界扩散系数DGB及界面初生金属间化合物(IMC)相(η相)与液相Sn(L相)间界面能σηL对界面Cu6Sn5组织演化和生长动力学行为的影响.研究表明,界面IMC层Cu6Sn5晶粒以紧密排列的扇贝状形貌存在,其扇贝状形貌同时受DGB和σηL的竞争性影响.IMC的生长过程由3阶段组成:Cu6Sn5晶粒快速生长铺满Cu基底阶段、Cu6Sn5晶粒转变为扇贝状形貌的过渡阶段以及Cu6Sn5层增厚和晶粒粗化同时进行的正常生长阶段.IMC层厚度随DGB增大而增加,随σηL增大而减小;而Cu6Sn5晶粒的平均横向粒径随DGB增大而减小,随σηL增大而增加.界面Cu6Sn5层厚度和晶粒横向粒径随反应时间呈指数规律变化,采用较大DGB和晶界能σGB=2σηL获得的生长指数符合理想的固/液界面反应的生长过程.     

Nb_6Sn_5生成Nb_3Sn的生长特性

采用Nb管富Sn固-液相扩散法,研究了Nb_6Sn_5向Nb_3Sn转化过程中Sn的扩散方式及微组织结构.实验结果表明:Nb_3Sn层生长受Nb_6Sn_5分解时Sn的短程扩散和长程扩散两种机制的控制,分别形成晶粒较粗的内层和晶粒较细的外层;粗细晶粒的差别和热处理温度有关.根据此机制得出的扩散方程解与Nb_3Sn生长曲线符合得很好.     

Ti-4Al-5Mo-6Cr-5V-1Nb 合金的热变形行为及组织演变研究

采用Gleeble-3800动态模拟实验机,研究了亚稳β钛合金Ti-4Al-5Mo-6Cr-5V-1Nb在变形温度700～900℃、应变速率0.001～1 s-1、变形量10％～50％的热变形行为,分析了该合金在热变形过程中的组织性能演变规律.结果表明:随变形量的增加,合金的流动应力曲线变化不大,主变形区组织畸变程度增...     

TiO_2纳米颗粒掺杂对Sn-3.0Ag-0.5Cu-xTiO_2焊点界面Cu_6Sn_5 IMC晶粒生长的影响机理

研究了Ti O2纳米颗粒掺杂影响回流焊过程中Sn-3.0Ag-0.5Cu-x Ti O2焊点界面Cu6Sn5金属间化合物(intermetallic compound,IMC)晶粒生长机理.基于Cu原子扩散通量驱动晶粒成熟生长(flux driven ripening,FDR)理论模型分析了Cu6Sn5IMC晶粒生长机理.结果表明,Ti O2纳米颗粒掺杂改变了焊点界面Cu6Sn5IMC晶粒形貌和尺寸.含Ti O2纳米颗粒的焊点Cu6Sn5IMC晶粒尺寸要小于不含Ti O2纳米颗粒的焊点,且晶粒分布要更加均匀.试验数据与FDR理论模型基本吻合.Cu6Sn5IMC晶粒生长指数分别为0.346,0.338,0.332和0.342,这说明Cu6Sn5IMC晶粒生长是由原子互扩散和晶粒成熟共同控制.     

锻态TB6钛合金热变形行为及组织演变

在THERMECMASTER-Z型热模拟试验机上,对锻态TB6钛合金在真应变为0.92、变形温度为800℃～1150℃、应变速率为0.001s-1～1s-1的条件下进行等温恒应变速率压缩试验,分析合金在β单相区条件下的热变形特点,并观察金相组织。结果表明,应变速率对合金流动应力的影响较显著;而变形温度对合金流动应力的影响在较高应变速率时较大,在较低应变速率时较小。动态再结晶晶粒尺寸和动态再结晶体积分数,随温度的升高而增大,随应变速率的增大而减小。从晶粒细化和动态再结晶组织均匀性考虑,当真应变为0.92时,变形温度选择在950℃～1050℃之间,应变速率选择在0.01s-1为宜。     

热等静压Ti-6Al-4V钛合金热变形微观组织演变研究

采用Gleeble-1500热模拟试验机对热等静压态Ti-6Al-4V钛合金在温度950~1050℃、应变速率0.01~1s_-1条件下进行了热模拟压缩实验,研究了变形温度、应变速率对其显微组织的影响规律。结果表明：热等静压态Ti-6Al-4V钛合金在950℃以上变形后淬火组织以粗大的β晶粒与针状及板条马氏体组成,具有典型的β相区变形组织特征。β转变组织形成交错的网篮结构并具有特定的取向关系。变形过程中,发生了动态再结晶,并伴随着动态回复现象。在950℃、0.01s_?1条件下,以动态再结晶占据主导,得到均匀等轴β转变组织。随应变速率增大,以动态回复为主,β晶粒沿金属流动方向拉长,β转变组织得到细化。随温度升高,β晶粒变粗大,并仍然存在拉长变形带。同时,β转变组织有一定程度的粗化。     

不同热输入下5Mn钢接头组织和强韧性的演变规律

研究了30 mm厚5Mn钢接头组织和强韧性在不同热输入下的演变规律。结果表明:焊缝主要由针状铁素体组成。随着热输入的增加,焊缝中晶界铁素体含量增多,而且形态由长条形向块状多边形发展,针状铁素体长大,其板条变宽;HAZ由粗大的板条马氏体组成且原奥氏体晶粒长大。焊缝金属强度和低温冲击韧性均随热输入的增加降低;塑性也降低;在热输入为18 kJ/cm时,粗晶热影响区冲击吸收功较低,表明韧性较差。     

钛合金激光沉积热行为及组织演变

为了考察激光沉积过程热行为对其微观组织的影响,采用了有限元方法对激光沉积过程进行建模,分析了多层多道激光沉积TA15钛合金试样的温度分布及内部节点的热循环特性变化,并对试样的组织进行了考察。模拟结果显示基材和沉积层上任一节点均要经历循环加热和冷却的过程,由于热量累积效应使冷却速度下降,且温度的谷值有上升的趋势。沉积试样的组织由基材的双态组织,经由热影响区,过渡到宏观组织为粗大的初生β晶粒的激光沉积区。因各沉积层经历的热循环和热历史的不同,晶内α相分别呈现针状、片层状和板条状。因冷却速度较快,α相同时在晶界处和β晶内析出,呈现网篮状魏氏体和网篮状混合集束状魏氏体形貌。主要合金元素Al、Zr、Mo、V由基体到激光沉积区均匀分布,无宏观偏析,表明沉积层组织形貌的变化跟成分偏析无关。     

热等静压Ti-6Al-4V钛合金热变形微观组织演变

采用Gleeble-1500热模拟试验机对热等静压态Ti-6Al-4V钛合金在温度950～1050℃、应变速率0.01～1 s-1条件下进行了热模拟压缩实验,研究了变形温度、应变速率对其显微组织的影响规律。结果表明:热等静压态Ti-6Al-4V钛合金在950℃以上变形后淬火组织以粗大的声晶粒与针状及板条马氏体组成,具有典型的β相区变形组织特征。β转变组织形成交错的网篮结构并具有特定的取向关系。变形过程中,发生了动态再结晶,并伴随着动态回复现象。在950℃/0.01 s-1条件下,以动态再结晶占据主导,得到均匀等轴β转变组织。随应变速率增大,以动态回复为主,β晶粒沿金属流动方向拉长,β转变组织得到细化。随温度升高,β晶粒变粗大,并仍然存在拉长变形带。同时,β转变组织有一定程度的粗化。     

热浸镀工艺对SnAgCu镀层组织和Cu6Sn5化合物生长的影响

研究了不同工艺条件下在C194铜合金表面热浸镀SnAgCu镀层的组织和金属间化合物(IMC)Cu_6Sn_5的形成过程。结果表明,镀层中存在Sn、Ag_3Sn和Cu_6Sn_5 3种相。镀层的外层组织为富Sn层,内层组织为IMC层,富Sn层由网格状的初生相β-Sn和分布在网格空隙间的共晶组织组成,在Cu_6Sn_5化合物层中存在一些开放型和封闭型的孔隙。Cu_6Sn_5固相在生长过程中存在取向选择生长。热浸镀温度为260℃和280℃时,IMC层形成了不同的组织结构。IMC层中的锯身部分是在升温和保温过程中形成的,晶粒主要是横向生长,此阶段Cu_6Sn_5固相生长主要是由熟化扩散通量控制的,锯齿部分是在镀层降温过程中形成的,晶粒主要是纵向生长,此阶段Cu_6Sn_5固相生长主要是由取向选择生长控制的。     

重轨钢的组织演变及热变形行为

采用Gleeble-1500D热模拟试验机,在变形温度分别为850、900、930、950 ℃,变形量为30%、50%、70%的条件下对一种与BGRE钢相近的GGX-G试验用重轨钢进行热模拟试验和不同分阶段冷却工艺试验,采用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)观察变形温度和变形量对重轨钢组织和珠光体片层间距的影响。结果表明:在变形温度一定时(850 ℃、900 ℃),珠光体片层间距随着变形量的增大而减小,并且所有试样的片层间距能细化到50~80 nm;当第一阶段冷速V₁=5 ℃/s,第二阶段冷速V₂=2 ℃/s,并在第一阶段冷却过程中于650 ℃保温3 min时,钢轨的珠光体片层平直,片层间距能达到74.8 nm。     

18CrNiMo7-6齿轮钢的热变形行为及组织演变规律

利用Gleeble-3500热模拟试验机对18CrNiMo7-6齿轮钢进行了等温单道次压缩试验,研究了变形温度为900～1150℃,应变速率为0.01～5 s^-1,应变为0.76的条件下材料的热变形行为;并且通过光学显微镜对热变形后的微观组织进行了分析。建立了唯象型Arrhenius本构方程,预测的峰值应力与试验数据具有很好的一致性。高温热变形过程是加工硬化与动态回复以及动态再结晶的竞争过程,在热变形的过程中会形成变形晶粒、再结晶晶粒、等轴晶和晶粒长大等4种类型的微观组织。当应变速率为0.01 s^-1时,动态再结晶程度与变形温度成正比,当变形温度超过1050℃时,变形能转变成晶粒长大的驱动能,使得晶粒粗大;当应变温度一定(1050℃)时,随着应变速率的增大,动态再结晶发生不完全,导致晶粒组织出现细化、畸变、不完全再结晶共存的现象。变形程度越大,晶粒越细小。     

热疲劳作用下球墨铸铁组织变化规律

按球化率优化了球墨铸铁的化学成分,分析了热疲劳作用下球墨铸铁的组织变化.结果表明,球墨铸铁最佳热处理工艺为890℃淬火+400℃回火,可获得最佳的强韧性配比.890℃淬火次数对石墨级别基本没有影响.初次时,基体组织以马氏体为主;随淬火次数增加铁素体数量逐步增加,约25次左右铁素体量最多;随后铁素体数量减少,直至50次时组织几乎都是马氏体+石墨.     

TCll钛合金热变形组织演变规律研究

在不同温度下对TC11钛合金进行了压缩实验,采用金相显微镜观察了其变形后的显微组织,并利用扫描电子显微镜对其不同变形程度变形后的显微组织进行了观察。结果发现,在较低温度下变形时在晶界处发生了动态再结晶组织,在1000℃时显微组织以动态再结晶晶粒为主,当温度达到1000℃时合金组织中再结晶晶粒相互长大,呈等轴状。     

脉冲电流作用下TiAl合金凝固组织演变及形成机理

利用OM和TEM研究了脉冲电流作用下Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的凝固组织,并分析了其微观组织演变及形成机理。结果表明,脉冲电流细化了TiAl合金的一次枝晶臂间距、柱状晶尺寸和片层间距。未加载电流的TiAl合金凝固的初生相为α相,TiAl合金的片层取向与柱状晶生长方向夹角较大,甚至垂直于生长方向。脉冲电流作用导致枝晶发生熔断和破碎,促进了β枝晶相的析出及增多,片层取向与晶体生长方向夹角较小或成45°生长的片层进一步增多。脉冲电流降低了固-液相之间的自由能及原子扩散激活能,减少形核位垒及晶核的形核功,从而在一定程度上促进原子扩散,增大了形核率,细化一次枝晶臂间距及柱状晶;初生相的转变析出及其特殊的位向关系是片层取向变化的主要原因。     

TG6合金等温变形条件下组织演变与性能的研究

采用不同的等温锻造火次和相同的总变形量,改变TG6合金锻件的加热时间和每火次变形量,对该合金等温锻件的显微组织演化与拉伸性能进行研究。结果表明：随等温锻造火次增多,组织中初生α相含量增多,片状次生α相长度和亚β晶粒尺寸先减小后增大,而片状α相的厚度递增。室温和高温拉伸强度随锻造火次的增加呈现先减少后增加的趋势,塑性则先增加后减小。1火次成形时变形量较大,锻件产生温升造成组织中初生α相较少,同时较多且细长的次生α相增加了该锻件的拉伸强度。3火次成形时由于合金中各相再结晶程度不同,使组织中亚β晶界处产生较多细小等轴α相,该相增加了锻件的塑性。5火次锻造时,锻件加热时间较长,造成组织中α相的聚集长大。TG6合金等温锻造多火次成形时,每火次变形量存在一临界范围,处于该范围内每火次锻后空冷时合金发生部分再结晶,形成较为细小的等轴α相,阻碍亚β晶界的迁移,致使亚β晶粒尺寸较小,同时也造成组织中等轴α相尺寸的不均匀     

微合金化钢热送热装过程组织演变研究

通过实验室模拟微合金化含Ti钢连铸坯热送热装过程,并利用光学显微镜观察了室温条件下不同热履历试样的显微组织,分析了热送热装连铸坯组织演变的规律和特点。结果表明,700℃左右是不同热送温度的一个分界线,700℃以下热送试样均会发生奥氏体分解相变;700℃以上试样的高温组织为奥氏体,且奥氏体晶粒的大小基本相同;700℃以上热送热装试样的晶粒度较700℃以下粗大;不同的热送温度导致热处理室温显微组织有极大的差别,热送温度越高,二次奥氏体化过程越容易;热送温度越低,相变过程比较复杂;在700℃热送是较为合理的,可以尝试在750℃进行热送实践。     

不同原始组织Ti80合金热变形行为及组织演变规律研究

通过热模拟压缩试验,研究了等轴组织和魏氏组织Ti80合金在温度850～1000℃、应变速率0.01～10 s~(-1)、变形量20%～60%条件下的热变形行为及组织演变。结果表明:Ti80合金为温度敏感型和应变速率敏感型材料,两相区变形时软化机制以动态再结晶为主,单相区变形时以动态回复为主。低应变速率条件下(0.01 s~(-1)),等轴组织的流变应力峰值高于魏氏组织,高应变速率条件下(1～10 s~(-1))则相反。相同变形参数下,原始组织类型对合金显微组织演变有显著影响。在β相变点以下,随着变形温度升高,等轴组织基体中初生α相减少,次生片状α相破碎形成不规则小颗粒;魏氏组织晶界α相完全破碎,β晶粒内部大部分片状α相破碎形成等轴颗粒,只保留少量不同位向集束状α相。随着变形量增大,等轴组织中α相再结晶晶粒尺寸增大明显,魏氏组织中集束片状α相逐渐被破碎,形成细小的短条状和等轴再结晶α晶粒。     

激光选区熔化成形Ti_(50)Ni_(20)Cu_(25)Sn_5钛基非晶合金组织与力学性能研究

采用激光选区熔化技术成形Ti_(50)Ni_(20)Cu_(25)Sn_5非晶合金,并对其致密化原理、显微组织及微观力学性能进行研究。发现随着激光能量密度的增加,试样的致密度逐渐提高,孔隙逐渐减少,但微裂纹难以消除。原粉末材料中Ti、Ni、Cu等各元素经激光熔化后相互发生反应生成金属间化合物而完全晶化。成形试样金相组织中熔池边界明晰可见并呈鱼鳞状排列,由于激光的往复作用,其显微组织可分为细晶区、粗晶区及热影响区3个区域,熔池内部元素分布均匀。在高能量密度激光作用下,样品内部的高残余应力水平既不至于导致样品的开裂,又能保证样品的硬度及刚度,试样显微硬度和杨氏模量均随激光能量密度的增加而增加。     

不同热成形工艺下TA32钛合金的流变性能及组织演变

用OM,SEM和XRD等方法研究了挤压态Mg-Al-Ca-x Nd(x=0~1.76,质量分数,%)合金的显微组织和析出相以及该合金在室温和高温下的力学性能。结果表明,Nd的添加会使基体中形成Al2Nd和Al11Nd3相,并且细化Mg-Al-Ca合金的晶粒。随着Nd添加量的增加,Al2Nd和Al11Nd3相的数量也随之增加。当添加1.76%Nd时,合金的平均晶粒尺寸从不含Nd的4.80μm变为2.39μm。由于第二相的析出和晶粒细化,室温下的力学性能也得到改善。随着Nd元素含量的增加,合金的室温抗拉伸强度由267MPa提高到304 MPa,屈服强度从144 MPa提高到203 MPa,延伸率从20.0%下降到16.9%。在150℃时,随着Nd含量的增加,拉伸强度从192 MPa增加到229 MPa,屈服强度从140 MPa增加到159 MPa,伸长率从48.6%下降到29.3%。