雙模晶粒分布銅的力學性能和變形機理.pdf

1、超細晶金屬材料因具有高強度而受到廣泛關注，但其低的拉伸塑性（低于5％）限制了它的工業(yè)應用。眾多研究表明雙模晶粒分布結構，即在超細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度的同時，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數(shù)與強度和韌性的關系仍存在一定爭議，大小晶粒如何協(xié)調變形來達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、調變形）尤為重要。
　　本研究工作針對上述問題，首先通過室溫下對粗晶銅進行等徑角擠壓(Equal channelangular pressing，ECAP)的方法制得超細晶銅，進而對超細晶銅進行了一系列不同時間下的退火，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℃下恒溫退火一定時間形成了雙模晶粒分布(Bi-modal)銅樣品。并對超細晶銅樣品、雙模晶銅樣品以及粗晶銅樣品進行了力學性能測試及斷口分析。進一步運用掃描電鏡

3、電子背散射衍射（Scanning electron microscope-Electron back scattering diffraction，SEM-EBSD）技術原位跟蹤選定區(qū)域中大小晶粒的變形:遠離頸縮區(qū)域在拉伸應變?yōu)?％、3％、8％、14％時分別對選區(qū)進行半原位掃描和數(shù)據(jù)分析;頸縮區(qū)域則在拉伸應變?yōu)?％與11％時對選區(qū)進行半原位掃描觀察，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晶純銅樣品具有較高的強度（屈服強度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度和塑性的綜合性能（屈服強度225 MPa，斷裂延伸率20％）。⑵在拉伸樣品遠離頸縮的區(qū)域，發(fā)現(xiàn)變形過程中部分超細晶晶粒和再結晶粗晶晶粒均發(fā)生了轉動。變形前局部應變主要存在于超細晶小晶粒中，隨變形發(fā)生粗晶大晶粒中逐漸出現(xiàn)局部應變，變形越大，局部應變越大，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動需要的驅動力較大，不容易發(fā)生晶粒間的相對轉動所致;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小晶粒的轉動;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對比雙模銅變形前的局部應變分布