大形變下低層錯(cuò)能面心立方金屬力學(xué)行為和織構(gòu)演化的研究.pdf

1、多晶體材料各晶粒取向聚集分布在某一或某些取向位置附近的狀態(tài)稱之為織構(gòu)?？棙?gòu)現(xiàn)象的存在，對(duì)材料的力學(xué)行為和某些物理、化學(xué)性能有著重要的影響，并且直接關(guān)系到該材料在生產(chǎn)制備以及后續(xù)工程應(yīng)用中的性能。因此，對(duì)材料形變微觀機(jī)理的準(zhǔn)確理解，并據(jù)此預(yù)測(cè)和控制形變織構(gòu)已成為研究和開發(fā)新材料領(lǐng)域一個(gè)極為重要的發(fā)展方向。本課題采用微觀壓痕硬度檢測(cè)法、X射線衍射、電子背散射衍射以及中子衍射技術(shù)等測(cè)試手段對(duì)層錯(cuò)能不同的面心立方金屬的形變微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)行為進(jìn)行

2、表征。在上述實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合平面應(yīng)變狀態(tài)下{111}<110>滑移系和{111}<112>孿生系的Schmid取向因子，全約束泰勒模型下Taylor因子的計(jì)算方法以及彈塑性自洽模型，并采用Fortran77和Matlab編程語言，對(duì)不同層錯(cuò)能面心立方金屬的宏細(xì)觀力學(xué)行為和織構(gòu)演化進(jìn)行了研究。
　　本課題采用微觀壓痕硬度檢測(cè)法對(duì)多種形變量下的H68單相黃銅的各宏觀試樣平面上，有應(yīng)變標(biāo)記的區(qū)域和無應(yīng)變標(biāo)記的區(qū)域分別進(jìn)行了顯微硬度檢測(cè)。

3、結(jié)果表明，有應(yīng)變標(biāo)記區(qū)域的顯微硬度值比無應(yīng)變標(biāo)記區(qū)域高約226MPa。經(jīng)分析可知，主要是由孿晶界阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致材料硬化所致;對(duì)于不同形變量的黃銅，隨著冷軋壓下量的增大，顯微硬度值呈現(xiàn)出增高趨勢(shì)，剪切帶組織的出現(xiàn)對(duì)基體產(chǎn)生了軟化作用。利用中子衍射對(duì)微觀應(yīng)變的測(cè)量可知，<111>//RD取向的晶粒發(fā)生了明顯的軟化，而<111>//TD和<111>//ND取向的晶粒明顯硬化。
　　利用彈塑性自洽模型對(duì)兩種面心立方金屬單軸拉伸狀態(tài)加載和

4、卸載過程中的宏細(xì)觀力學(xué)行為進(jìn)行了模擬。結(jié)果顯示，在彈性加載階段，純銅和黃銅內(nèi)部的晶粒取向相關(guān)應(yīng)力值都較小;晶粒取向相關(guān)應(yīng)力主要由塑性階段的形變各向異性引起的，在塑性加載階段最大;在卸載階段，純銅和黃銅內(nèi)部均存在一定的晶粒取向相關(guān)應(yīng)力，{311}和{111}晶面的晶格應(yīng)變隨宏觀應(yīng)變?cè)龃蠖龃蟮木€性程度最好;通過分析不同變形階段的微觀形變行為可知，黃銅內(nèi)部的晶粒取向相關(guān)應(yīng)力大于純銅的。
　　采用X射線衍射技術(shù)和中子衍射技術(shù)對(duì)不同金屬在

5、各種形變量下的宏觀織構(gòu)進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，大變形下低層錯(cuò)能面心立方金屬織構(gòu)的演變規(guī)律為由銅織構(gòu)轉(zhuǎn)化為黃銅織構(gòu)，其演變機(jī)理為銅取向晶粒先繞著<110>晶軸旋轉(zhuǎn)到Goss取向，繼而繞著{110}晶面旋轉(zhuǎn)到Brass取向;采用滑移和孿生系的Schmid因子和Taylor因子分析可知，孿生系統(tǒng)的開動(dòng)是導(dǎo)致面心立方金屬中Copper取向晶粒消失的本質(zhì)原因。
　　采用電子背散射衍射技術(shù)對(duì)不同形變量下單相黃銅的微觀取向和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。結(jié)果表

6、明，在形變初期變形機(jī)制以位錯(cuò)滑移為主，隨著形變量增大，孿生系統(tǒng)開動(dòng)并產(chǎn)生剪切帶;當(dāng)形變量繼續(xù)增大時(shí)，孿晶體積分?jǐn)?shù)達(dá)到飽和并逐漸減少，剪切帶的體積增加，直至晶粒完全碎化;剪切帶在密集的孿晶．基體片層上面生成，其內(nèi)部表現(xiàn)為取向差較大的微取向分布特征，孿晶-基體區(qū)域的晶粒內(nèi)部發(fā)生相互切變是剪切帶形成的宏觀表象;剪切帶組織的生成是Brass取向晶粒增強(qiáng)的主要原因;大變形下低層錯(cuò)能面心立方金屬塑性變形主要集中在剪切帶區(qū)域，剪切帶內(nèi)部仍以位錯(cuò)滑移和