雙模晶粒分布銅的力學(xué)性能和變形機(jī)理.pdf

1、超細(xì)晶金屬材料因具有高強(qiáng)度而受到廣泛關(guān)注，但其低的拉伸塑性（低于5％）限制了它的工業(yè)應(yīng)用。眾多研究表明雙模晶粒分布結(jié)構(gòu)，即在超細(xì)晶或納米晶金屬基體中摻雜粗晶晶粒的方法能夠在很大程度上保持較高強(qiáng)度的同時(shí)，有效地提高材料的拉伸塑性。但雙模材料中微米尺度粗晶晶粒的體積分?jǐn)?shù)與強(qiáng)度和韌性的關(guān)系仍存在一定爭(zhēng)議，大小晶粒如何協(xié)調(diào)變形來達(dá)到較高的塑性等仍不清楚。因此，研究雙模晶粒分布金屬材料的塑性變形機(jī)理（大晶粒之間、大晶粒與小晶粒之間、小晶粒之間的協(xié)

2、調(diào)變形）尤為重要。
　　本研究工作針對(duì)上述問題，首先通過室溫下對(duì)粗晶銅進(jìn)行等徑角擠壓(Equal channelangular pressing，ECAP)的方法制得超細(xì)晶銅，進(jìn)而對(duì)超細(xì)晶銅進(jìn)行了一系列不同時(shí)間下的退火，探索得到獲得雙模晶粒分布銅的合適的退火參數(shù)，最終在200℃下恒溫退火一定時(shí)間形成了雙模晶粒分布(Bi-modal)銅樣品。并對(duì)超細(xì)晶銅樣品、雙模晶銅樣品以及粗晶銅樣品進(jìn)行了力學(xué)性能測(cè)試及斷口分析。進(jìn)一步運(yùn)用掃描電鏡

3、電子背散射衍射（Scanning electron microscope-Electron back scattering diffraction，SEM-EBSD）技術(shù)原位跟蹤選定區(qū)域中大小晶粒的變形:遠(yuǎn)離頸縮區(qū)域在拉伸應(yīng)變?yōu)?％、3％、8％、14％時(shí)分別對(duì)選區(qū)進(jìn)行半原位掃描和數(shù)據(jù)分析;頸縮區(qū)域則在拉伸應(yīng)變?yōu)?％與11％時(shí)對(duì)選區(qū)進(jìn)行半原位掃描觀察，以此揭示了雙模晶粒分布銅在拉伸變形過程中晶粒以及晶界的演化。
　　本研究表明：⑴室

4、溫下等徑角擠壓制備的超細(xì)晶純銅樣品具有較高的強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度400 MPa以上），但塑性較差（斷裂延伸率8％左右）。退火制備的雙模晶粒分布銅樣品具有良好的強(qiáng)度和塑性的綜合性能（屈服強(qiáng)度225 MPa，斷裂延伸率20％）。⑵在拉伸樣品遠(yuǎn)離頸縮的區(qū)域，發(fā)現(xiàn)變形過程中部分超細(xì)晶晶粒和再結(jié)晶粗晶晶粒均發(fā)生了轉(zhuǎn)動(dòng)。變形前局部應(yīng)變主要存在于超細(xì)晶小晶粒中，隨變形發(fā)生粗晶大晶粒中逐漸出現(xiàn)局部應(yīng)變，變形越大，局部應(yīng)變?cè)酱?，逐漸形成亞晶界。此外，拉伸過程中

5、伴隨著部分退火孿晶的消失和小角晶界的迅速增多。⑶在拉伸樣品頸縮區(qū)域，通過分析變形前后大晶粒之間、大小晶粒之間及小晶粒之間的取向差變化，發(fā)現(xiàn)在大晶粒聚集區(qū)域，晶粒間取向差變化不明顯，這是由于大晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)需要的驅(qū)動(dòng)力較大，不容易發(fā)生晶粒間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)所致;大小晶?；旌系膮^(qū)域容易出現(xiàn)取向差驟變，大晶粒的微小變化即能夠帶動(dòng)小晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng);而小晶粒聚集的區(qū)域晶粒間取向差變化不大則是由于小晶粒聚集區(qū)域趨向于整體變形所致。⑷對(duì)比雙模銅變形前的局部應(yīng)變分布