塊體超細(xì)晶銅的制備與組織性能研究

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1、博士論文塊體超細(xì)晶銅的制各與組織性能研究摘要塊體超細(xì)晶(晶粒尺寸0．1一lHrn)金屬具有優(yōu)異的物理、力學(xué)性能，是材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。ECAP(EqualChannelAngularPressing)是一種有效獲得塊體超細(xì)晶金屬的強(qiáng)烈塑性變形(SeverePlasticDeformation，SPD)方法，ECAP變形參數(shù)及模具設(shè)計(jì)是制備超細(xì)晶材料的關(guān)鍵，而模具外角對材料流變、微觀組織與力學(xué)性能有重要影響，但至今未得到充分研究。另一方面，電沉積制各的超細(xì)孿晶組織使銅的力學(xué)性能發(fā)生質(zhì)的飛躍，而在強(qiáng)烈塑性變形制備的超細(xì)晶銅中極少出現(xiàn)

2、孿晶，通過強(qiáng)烈塑性變形實(shí)現(xiàn)孿晶強(qiáng)化有待研究。此外，超細(xì)晶材料的力學(xué)行為顯著不同于常規(guī)材料，建立強(qiáng)烈塑性變形超細(xì)晶材料的力學(xué)行為模型具有重要意義。本文詳細(xì)研究了塊體超細(xì)晶純銅(99．98％1的制各、ECAP模具外角、變形道次及室溫軋制變形(ColdRolling，CR)對純銅微觀組織與力學(xué)性能的影響、變形孿晶的形成條件等，提出了用于描述超細(xì)晶材料力學(xué)行為的孿晶復(fù)合強(qiáng)化模型。論文主要開展了以下幾個(gè)方面的工作：(1)在全面分析ECAP變形原理及其主要工藝參數(shù)，包括模具角度、變形路徑、變形道次、變形速度、變形溫度，對比已有等效應(yīng)變計(jì)算公式的

3、基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了不同條件下ECAP變形力的上限解；網(wǎng)格法的分析表明，ECAP剪切變形的均勻性隨模具外角的增大而逐漸減??；有限體積法(FVM)模擬分析了ECAP變形載荷與變形溫升，當(dāng)西=90。時(shí)增大模具外角，變形力相應(yīng)減小，而變形速度對變形載荷、變形溫升的影響很?。鹤灾屏薊CAP實(shí)驗(yàn)裝置，并成功制備了12×12x80mm的塊體超細(xì)晶純銅。(2)純銅晶粒尺寸隨ECAP變形道次的增加而減小，4道次后平均晶粒尺寸從最初退火態(tài)的～1009m細(xì)化到～0．29m．并趨于飽和。(3)ECAP變形道次增加，純銅拉伸強(qiáng)度增大，延伸率降低，l道次ECAP變

4、形后拉伸強(qiáng)度達(dá)到300MPa，是退火態(tài)的2．3倍，延伸率則從退火態(tài)的54％降低到23％；4道次后，拉伸強(qiáng)度達(dá)到420MPa，是退火態(tài)的3．3倍，延伸率-30％，并趨于飽和。(4)對ECAP純銅施以低應(yīng)變速率(i“2So)室溫軋制變形后，在超細(xì)晶基體上獲得了變形孿晶，孿晶寬度～0．4p．m，而純銅在同樣的軋制變形條件下沒有發(fā)現(xiàn)變形孿晶，也未見文獻(xiàn)報(bào)道。通過攣晶形成臨界應(yīng)力仃，、晶粒直徑d和軋制溫升的計(jì)算．分析了ECAP純銅在低應(yīng)變速率(占z2s“)軋制變形中變形孿晶的形成條件，結(jié)果表明：當(dāng)d大于l啪時(shí)，不會形成孿晶；當(dāng)d小于0．21m

5、a時(shí)，易于形成攣晶，且形成孿晶的傾向?qū)囟炔幻舾校划?dāng)d介于O．2～1Inn之間時(shí)，可以形成孿晶的溫度隨晶粒尺寸減小而升高。(5)ECAP純銅在隨后的軋制變形過程中，拉伸強(qiáng)度隨軋制壓下量的增加近乎線性增大。ECAP+CR攣晶／超細(xì)晶純銅在保持延伸率不降低的情況下，屈服強(qiáng)度明顯高于ECAP博士論文塊體越細(xì)晶銅的制備與扭縮性能研究趣細(xì)晶純鑭，2道凌ECAP縫鋼自々屆暇強(qiáng)凌為348MPa，焉2遵次ECAP+83％CR攣晶／超細(xì)晶純銅的屈服強(qiáng)度為422MPa。(6)純銅在ECAP及隨后的軋制變形中如現(xiàn)了加工硬化一軟化的飽和現(xiàn)蒙，即流動應(yīng)力隨變

6、形量增加先迅速增大，而后趨于飽和，認(rèn)為這是出于變形量達(dá)到一定程度岳，晶粒尺寸和孿晶寬度不再嘮最鰓化，位錯(cuò)密度翹于鏹和麓結(jié)果。(7)ECAP縫鋼饞和強(qiáng)度的竇測德為378MPa，與文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)糶(約380～390MPa)相一致；ECAP+CR純銅的飽和強(qiáng)度安測值為422MPa，均高于Vote預(yù)刪的純銅飽和強(qiáng)度(d。；305MPa)。采用本文水同變形方法所獲得的純銅飽和強(qiáng)度實(shí)測焦鞠實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了Vote摸型可以翊采描述丈變形量范圍蠹屆騷強(qiáng)度與變形量之間的關(guān)系。(3)基于晶粒細(xì)化和李晶復(fù)臺強(qiáng)化的作用，建立了屈服強(qiáng)魔與晶粒尺_(dá)j、孿晶寬度之問

7、關(guān)系的孿晶復(fù)含強(qiáng)化模型，該模型對純銅屈服強(qiáng)度的計(jì)算結(jié)果與實(shí)測值楣吻臺。關(guān)鍵詞t趲寶胡晶銅，微觀組織，力學(xué)性能，強(qiáng)化，蹙形孿晶，等裰角變形(ECAP)冷軋(CR)博士論文塊體超細(xì)晶銅的制備與組舅R性能研究AbstractBulkultrafine-grainedmetals(grainsize0．1一IfEm)withuniquephysicalandmechanicalpropertiesisoneofmostinterestingtopicinthefieldofmaterialsresearch．Equalchannelangu

8、larpressing(ECAP)isaneffectiveroutetoobtainingbulkultrafine—grainedmetalsthroughsevereplasticdeformation(SPD)．Deforma