不同取向铜单晶体疲劳位错结构观察及其热稳定性研究

摘要

铜单晶体是面心立方结构晶体的典型代表，研究者们对不同取向铜单晶体的循环变形行为和变形后的微观位错结构进行了大量的研究，得到了比较全面的结果，但对某些双滑移取向晶体的微观位错结构的认识还有待于进一步完善，尤其是对各取向铜单晶形变带中微观位错结构的研究尚少见报道。而且，对疲劳后铜单晶体位错结构的热稳定性就更缺乏认识。本文主要利用扫描电镜电子通道衬度(SEM-ECC)和透射电镜(TEM)技术，对以上三个方面进行了系统的观察研究，得到了一些有关疲劳微观位错结构及其热稳定性的新结果。
　　[017]临界双滑移取向铜单晶体的疲劳微观位错结构与外加塑性应变幅密切相关。在循环应力—应变(CSS)曲线中低于准平台区的低塑性应变幅下形成不规则迷宫结构;在位于准平台区的应变幅下，形成由PSB类楼梯结构和基体迷宫结构组成的独特“两相”结构;在高于准平台区的应变幅下，两类形变带DBⅠ和DBⅡ分布在整个试样表面，DBⅠ主要由规则的迷宫结构组成，而DBⅡ主要由位错墙结构组成。在DBⅠ和DBⅡ交界区，微观结构由位错墙结构和一定数量的位错胞结构共同组成。TEM的进一步观察发现，在γpl=3.0×10-3下，在应变集中不均匀的区域位错墙结构逐步转化为拉长的位错胞结构。对[(1)12]共轭双滑移取向铜单晶体而言，在低于平台区的应变幅下，已经有PSB楼梯结构开始萌生。进入平台区后，样品表面有脉络结构和沿着主滑移方向发展的宽窄不一的PSB楼梯结构形成。在平台区的右端和高于平台区的应变幅下，形变带和基体中均布满位错墙结构。
　　对[(4)1841]、[017]、[(2)33]、[(2)23]、[(1)12]和[011]不同取向铜单晶体疲劳后的形变带进行观察发现，在试样表面通常形成两类形变带:平行于主滑移方向发展的DBⅠ和与主滑移方向成一定角度发展的DBⅡ。这两类形变带的位错结构与晶体取向的关系有所区别，DBⅠ型形变带的位错结构与晶体取向密切相关，它可具有不同的位错结构组态，如:PSB楼梯结构、迷宫结构、位错墙和位错胞等。DBⅡ型形变带的位错结构似乎与晶体取向关系不大，它们均主要由位错墙结构组成。形交带内位错墙的方向往往与基体中位错墙的方向成一定角度，表明形变带与基体之间存在局部的晶体旋转。
　　在不同塑性应变幅下对[(4)1841]、[017]、[(2)33]、[(2)23]不同取向铜晶体进行疲劳实验，然后在不同温度进行退火处理。发现退火温度为300℃时，位错结构发生了明显的回复。在500℃和800℃退火，所有取向晶体都发生了严重的再结晶，并且有大量的退火孪晶出现。退火孪晶和再结晶的形成与退火温度、疲劳外加塑性应变幅、累积塑性应变量密切相关。随着塑性应变幅和累积塑性应变量的增加，应变集中程度明显增加，为孪晶的萌生和再结晶的发生提供了所需局部应变能。DSC的测试分析表明，再结晶的发生和孪晶的形成不是突发式的，而是一个缓慢的过程。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 研究概况

1．2．1 循环应力—应变响应

1．2．2 循环硬化行为

1．2．3 形变带

1．2．4 微观组织结构观察

1．2．5 位错结构的热稳定性

1．3 本论文研究意义、目的及内容

第2章 实验方法

2．1 铜单晶体的制备

2．2 循环变形实验

2．3 表面位错结构的SEM-ECC观察

2．3．1 ECC成像原理简介

2．3．2 SEM-ECC技术的优越性

2．3．3 SEM-ECC技术的发展和应用

2．4 退火处理

2．5 位错结构的TEM观察

2．6 DSC实验

第3章 [017]和[-112]双滑移取向铜单晶体中的疲劳微观位错结构

3．1 前言

3．2 结果与讨论

3．2．1 循环应力—应变曲线

3．2．2 [017]铜单晶体微观位错结构的SEM-ECC观察

3．2．3 [-112]微观位错结构的SEM-ECC观察

3．2．4 位错结构的透射电镜观察

3．3 小结

第4章 不同取向铜单晶体中疲劳形变带内的微观位错结构

4．1 前言

4．2 结果与讨论

4．2．1 形变带的表面变形特征

4．2．2 形变带中的微观位错结构

4．3 本章小结

第5章 不同取向铜单晶体疲劳位错结构在退火条件下的热稳定性

5．1 前言

5．2 结果与讨论

5．2．1 不同取向铜单晶退火后微观位错结构观察

5．2．2 DSC分析

5．3 本章小结

第6章 全文总结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文