预循环变形对不同取向铜单晶体单向力学性能的影响

摘要

在实际工程应用中，材料的力学性能往往随服役过程中疲劳损伤的累积而下降。因此，揭示预疲劳损伤对材料力学性能的影响规律与机制具有十分重要的实际意义，而目前相关研究工作少见报道。本论文选用典型的面心立方结构材料铜单晶体作为研究的模型材料，系统考察预循环变形对其单向静态力学性能的影响。由于实际金属多晶材料在变形中双、多滑移现象普遍存在，本论文选取位于(001)标准取向三角形不同边上的三个双滑移取向（如:[017]临界双滑移、[(2)33]共面双滑移和[(1)12]共轭双滑移）铜单晶体进行研究，以期明确揭示预疲劳损伤对金属晶体静态力学性能影响的微观机制。
　　[017]临界双滑移取向铜单晶体在不同塑性应变幅下的预循环变形对其单向拉伸变形行为有显著的影响。结果表明，在位于循环应力-应变(CSS)曲线准平台区的应变幅(γp(l)=7.0×10-4)下预循环变形后，样品的塑性有所下降，但其单向变形的强度显著提高，这是由于预循环应变硬化使材料位错密度明显提高而没有引入明显的永久损伤所致;而在高于CSS曲线准平台区的应变幅(γp(l)=3.0×10-3)预循环变形后，在塑性继续下降的同时，样品的抗拉强度下降到略低于未经预疲劳处理直接拉伸样品的强度。在γp(l)=7.0×10-4应变幅预循环变形后再单向变形的位错结构与预循环变形后的位错结构相比明显不同，单向变形导致预疲劳后的位错结构基本消失;但在高于准平台区的应变幅预变形后的样品，在其单向变形后保留了预循环变形后的位错结构。在单向压缩的实验研究中也得到类似结论。
　　[(2)33]共面双滑移取向铜单晶体在不同塑性应变幅预循环变形直到饱和后，再经单向变形试验的结果显示，在位于CSS曲线准平台区的两个应变幅对样品进行预循环变形后，其单向变形的塑性没有明显变化，但强度得到显著的提高，说明循环变形后的疲劳损伤并不严重。而在低于或高于准平台区的应变幅预循环变形后，样品的强度和塑性均有所下降或基本不变。由于该取向的铜单晶体在预循环变形后的位错结构是位错胞，而单向变形后的位错结构也是一些位错胞，因此难以区分这些位错胞是否为预循环变形后遗留下来的位错结构。
　　[(1)12]共轭双滑移取向铜单晶体的预循环变形试验分别选取在低于、位于和高于其CSS曲线平台区的塑性应变幅下进行。结果表明，在低于平台区的应变幅下预循环变形后的样品，其单向变形的塑性没有明显下降，但强度得到明显提高;在位于平台区的应变幅下预循环变形后，样品单向变形的塑性和强度均明显降低;而在高于平台区的应变幅预循环变形，样品在随后的单向变形中其强度和塑性与平台区塑形应变幅预疲劳处理的样品相比有了明显的提高。以上实验现象与不同塑性应变幅下预循环变形后产生不同体积分数的PSB楼梯结构，其对之后的单向变形会产生重要影响密切相关。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 研究概况

1．2．1 预疲劳变形对静态力学性能的影响

1．2．2 铜单晶体的循环形变行为

1．3 论文的研究意义、目的及内容

第2章 实验方法

2．1 铜单晶体的制备

2．2 铜单晶体的循环变形试验

2．3 铜单晶体循环变形后位错结构的观察

2．4 单向拉伸和压缩试验

2．5 单向形变后的表面变形特征和微观位错观察

第3章 预循环变形对[017]临界双滑移取向铜单晶体单向力学行为的影响

3．1 前言

3．2 结果与讨论

3．2．1 单向拉伸和压缩曲线

3．2．2 [017]取向铜单晶体单向变形时的晶体旋转

3．2．3 表面变形特征

3．2．4 微观位错组态

3．3 本章小结

第4章 预循环变形对[(2)33]共面双滑移取向铜单晶体单向力学行为的影响

4．1 前言

4．2 结果与讨论

4．2．1 单向拉伸和压缩曲线

4．2．2 表面变形特征

4．2．3 微观位错组态

4．3 本章小结

第5章 预循环变形对[(1)12]共轭双滑移取向铜单晶体单向力学行为的影响

5．1 前言

5．2 结果与讨论

5．2．1 单向拉伸曲线

5．2．2 表面变形特征和断口形貌

5．2．3 [(1)12]取向铜单晶体疲劳后微观位错结构的SEM-ECC观察

5．2．4 [(1)12]取向铜单晶体疲劳后微观位错结构的TEM观察

5．2．5 [(1)12]取向铜单晶体疲劳后单向拉伸的微观位错结构

5．3 本章小结

第6章 全文总结

第7章 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文