多晶銅單向壓縮塑性變形機制多尺度研究.pdf

1、金屬塑性變形理論在研究金屬塑性加工和機械結構變形失效方面具有重要的意義?；谶B續(xù)介質(zhì)力學的唯像塑性本構理論在于能夠在宏觀尺度上解決金屬的塑性變形問題。晶體塑性理論引入了塑性剪切應變來描述滑移系上的位錯運動，運用統(tǒng)計學思想將不連續(xù)的位錯運動看作連續(xù)的塑性變形過程，從而將微觀結構與宏觀的連續(xù)介質(zhì)力學聯(lián)系在一起。不同尺度的相同金屬材料，其塑性變形的宏觀力學行為可能會存在巨大的差異，表現(xiàn)出強烈的尺寸效應問題。本論文就是從連續(xù)介質(zhì)力學的唯像塑性本

2、構理論和晶體塑性本構理論出發(fā)，從宏觀尺度和介觀尺度研究多晶銅塑性變形的基本機制。
　　以多晶銅棒為研究對象，在室溫下對其進行了不同變形量（20％、40%和60%）下的壓縮試驗，對于壓縮變形后的多晶銅的顯微組織及織構演化進行了電子背散射衍射（Electron Back-Scattered Diffraction，簡稱EBSD）分析。分析結果表明：隨著變形的增加，幾何必要位錯（geometric necessary dislocati

3、on，簡稱GND）密度在晶粒內(nèi)部和晶界處都出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象，對位錯運動起到阻礙作用，增大了變形抗力；原始試樣多以大角度晶界為主，當壓縮變形60%時，晶粒內(nèi)部小角度晶界增加，晶粒得到細化，晶界數(shù)目增多；冷變形促使晶粒的轉動，形成織構現(xiàn)象。當變形量為20%時，多晶銅表現(xiàn)為{111}<112>織構，當變形量為60%時，多晶銅表現(xiàn)為{111}<110>纖維織構。
　　采用基于連續(xù)介質(zhì)力學的剛塑性有限元法，對于多晶銅的單向壓縮進行了模擬，獲得

4、了不同變形量下的應力場、應變場和速度場?；诓煌冃螀^(qū)下的應力分布和應變分布，揭示了在宏觀尺度下多晶銅單向壓縮塑性變形的不均勻性。
　　從位錯滑移的晶體塑性本構模型為切入點，基于Voronoi理論，構建了多晶銅晶體塑性有限元模型，優(yōu)化了晶體塑性有限元模擬參數(shù)(包括晶粒取向、晶粒數(shù)量和單元數(shù)量)，擬合了相關材料常數(shù)，并對多晶銅單向壓縮下的應力應變行為、不同變形量下的織構演化以及塑性變形不均勻性進行了模擬。模擬結果表明，晶體塑性有限元