超细晶纯铜高应变速率变形

摘要

等径角挤压(ECAP)制备的超细晶纯铜(UFG)由于其具有优异的力学性能而得到广泛的研究，但是超细晶纯铜在高应变速率下的力学性能和微观组织变化还研究的很少，但是在实际中材料都会在一定的应变速率和温度下变形，因此研究超细晶纯铜在不同变形条件下的动态力学性能具有重要的意义。故本文利用霍普金森压杆（SHPB）对ECAP挤压8p后的UFG8p纯铜进行动态冲击，应变速率为1500s-1，变形温度分别为425K、373K、298K、233K和173K，利用UFG4p纯铜和退火态(CG)纯铜做对比实验。然后利用透射电镜和XRD分析不同变形条件下试样内部微观组织的变化以及微应变、位错密度、孪晶密度的变化。研究表明，ECAP挤压8p后UFG纯铜的晶粒尺寸和位错密度都达到饱和，继续挤压其强度不会升高反而下降，而高应变速率变形可以进一步提高UFG8p纯铜的强度，利用这一原理，对经ECAP和SHPB复合变形后的试样进行静态拉伸实验，分析其力学性能的变化。
　　 动态力学性能实验结果表明，超细晶纯铜的流动应力随着冲击温度的降低而升高，UFG8p纯铜在173K的温度下变形时具有最高的流动应力581MPa;与CG纯铜相比，UFG纯铜的应变硬化能力很差，随着变形温度的降低，超细晶纯铜的应变硬化效应升高。TEM结果表明，在不同温度下经SHPB冲击后超细晶纯铜内部都看到了变形孪晶簇，孪晶内部有大量的位错;在UFG4p+SHPB(298K)纯铜和UFG8p+SHPB(425K)纯铜内发现了动态再结晶。微观组织分析表明，UFG8p纯铜的晶粒尺寸由原始态的92μm细化为390nm左右，经SHPB变形后晶粒可以进一步细化，UFG8p+SHPB(173K)纯铜的晶粒尺寸进一步细化为300nm左右，明显低于UFG8p纯铜的晶粒尺寸，其中UFG8p+SHPB(425K)纯铜由于动态再结晶的生成进一步的细化晶粒，具有最低的晶粒尺寸230nm。XRD结果表明，经室温和低温SHPB冲击后UFG8p纯铜试样的微应变和位错密度进一步升高，而高温变形时由于动态回复的作用，使UFG8p+SHPB(173K)纯铜的微应变和位错密度都低于UFG8p纯铜的;超细晶纯铜的孪晶密度随着冲击温度的降低而升高。由静态拉伸力学实验结果表明，经ECAP和SHPB复合变形后试样的屈服强度和抗拉强度都明显高于UFG纯铜的，且UFG8p+SHPB纯铜的屈服强度随着SHPB冲击温度的降低而升高;UFG8p+SHPB纯铜的断裂延伸率随着冲击温度的降低而降低，但是变化不大。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 超细晶/纳米晶材料概述和制备

1．2．1 超细晶/纳米晶材料概述

1．2．2 超细晶/纳米晶材料的制备方法

1．3 高应变速率变形

1．3．1 动态塑性变形(DPD)

1．3．2 分离式Hopkinson压杆技术(SHPB)

1．3．3 应变速率对变形机制的影响

1．4 超细晶/纳米晶材料的力学性能

1．4．1 强度

1．4．2 塑性

1．4．3 改善材料综合力学性能的方法

1．5 本文研究目的及研究内容

2 实验材料和方法

2．1 实验方案

2．2 实验材料

2．3 试样的制备和主要实验方法

2．3．1 超细晶纯铜的制备

2．3．2 分离式霍普金森压杆实验(SHPB)

2．3．3 光学显微镜观察

2．3．4 透射电子显微镜观察

2．3．5 X射线衍射分析(XRD)

2．3．6 静态拉伸实验

3 实验结果与分析

3．1 超细晶纯铜在不同温度下的动态力学性能分析

3．1．1 动态力学性能实验结果

3．1．2 加工硬化

3．1．3 变形温度和应变率对流动应力的影响

3．1．4 高应变速率变形时温度的升高

3．1．5 应变率敏感性(Strain rate sensitivity,SRS)

3．1．6 温度敏感性(Temperature sensitivity)

3．2 微观组织分析

3．2．1 退火态纯铜微观组织分析

3．2．2 超细晶纯铜的微观组织观察及位错细化

3．2．3 动态再结晶及其细化

3．2．4 变形孪晶及孪生细化

3．2．5 变形机理

3．3 X射线衍射分析(XRD)

3．3．1 微观应变(microstrain)及其影响因素

3．3．2 孪晶密度与位错密度

3．3．3 孪晶密度与位错密度的影响因素

3．4 ECAP+SHPB复合变形后的力学性能分析

3．4．1 实验结果

3．4．2 讨论与分析

4 结论

致谢

参考文献

附录